Tại sao định luật bảo toàn khối lượng lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Các nhà khoa học trước đây đều chú ý đến khâu quan sát và miêu tả quá trình diễn ra phản ứng hóa học, nhưng Antoine Lavoisier lại không làm như vậy, ông là nhà hóa học đầu tiên kiên trì phương pháp tiến hành đo tính sau thí nghiệm hoặc trong khi thí nghiệm diễn ra. Quá trình cân đo trọng lượng của từng loại vật chất, Antoine Lavoisier phát hiện ra vật chất không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, nhưng bất luận thay đổi thế nào thì khối lượng của vật vẫn luôn được bảo toàn và bất cứ sự chuyển hóa nào cũng đều có thể giải thích được. Cho đến ngày nay, các nhà khoa học vẫn áp dụng theo định luật này của Antoine Lavoisier và gọi nó là định luật bảo toàn khối lượng.

Antoine Lavoisier đã đặt nền móng cho ngành hóa học hiện đại. Ông đã tiến hành thí nghiệm với nhiều loại khí thể, là người đã đặt tên cho khí oxy (Joseph Priestley là người phát hiện ra khí oxy nhưng ông gọi đó là “không khí nguyên chất”), tính ra được rằng lượng oxy trong không khí là 20%, Antoine Lavoisier được mệnh danh là ông tổ của ngành hóa học hiện đại.

Định luật bảo toàn khối lượng đã được ra đời như thế nào?

Mùa xuân năm 1781, vợ của Antoine Lavoisier, bà Marie, đã dịch sang tiếng Pháp luận văn của nhà khoa học người Anh Robert Boyle. Trong luận văn trình bay việc Boyle dùng thiếc để tiến hành thí nghiệm, Boyle phát hiện ra rằng khi thiếc chịu tác động của nhiệt độ thì khối lượng của nó sẽ thay đổi, song ông lại không thể nào giải thích được nguyên nhân của hiện tượng đó. Cũng giống như nhiều nhà khoa học thời bấy giờ, Boyle cho rằng khối lượng sinh ra thêm là do phản ứng hóa học tạo ra và ông không đi sâu vào nghiên cứu thêm về vấn đề này.

Antoine Lavoisier không để ý gì đến quan điểm cho rằng quá trình phản ứng hóa học sẽ làm cho khối lượng (trọng lượng) của vật chất tăng lên hay giảm đi. Ông tin chắc rằng phương pháp thí nghiệm truyền thông của các nhà khoa học vẫn tồn tại nhiều bất cập. Các nhà hóa học lúc đó chỉ chú trọng vào quan sát và ghi chép về sự biến đổi diễn ra trong quá trình thí nghiệm nhưng Antoine Lavoisier lại không nghĩ như vậy, ông cho rằng ghi chép lại kết quả đo tính mới là quan trọng, ông một mực tin rằng trọng lượng là mấu chốt quan trọng của việc cân đo.

Antoine Lavoisier quyết tâm thực hiện lại thí nghiệm của Boyle, sau đó tiến hành cân đo một cách cẩn thận để giải thích nguyên nhân nào đã làm cho trọng lượng của vật tăng lên. Antoine Lavoisier dùng một chiếc cân có độ chính xác cao để cân một miếng thiếc nhỏ, sau đó ông ghi lại trọng lượng của nó. Tiếp theo, ông cho miếng thiếc vào trong một bình đun chịu nhiệt bằng thủy tinh, tất cả các phản ứng đều được tiến hành trong binhg thủy tinh này.

Trước khi tăng nhiệt độ, Antoine Lavoisier cẩn thận cân trọng lượng của chiếc bình (bao gồm cả miếng thiếc ở bên trong), đúng như những gì được miêu tả trong luận văn của Boyle, khi cho nhiệt độ vào, trên bề mặt của miếng thiếc lập tức xuất hiện một lớp kim loại màu xám (lớp xỉn có màu xám nhạt).

Antoine Lavoisier tắt lửa đi, ông đợi cho bình nguội hẳn rồi tiến hành cân lại và ông phát hiện ra trọng lượng của bình không có gì thay đổi. Nắp bình vừa được mở ra thì không khí lập tức tràn vào trong như thể nó đang đi vào môi trường nửa chân không vậy. Antoine Lavoisier nhấc miếng thiếc đang được phủ lớp tro kim loại ra khỏi thành bình và đem cân thử, kết quả là trọng lượng miếng thiếc tăng thêm 2g so với lúc đầu (giống như số liệu được miêu tả trong luận văn của Boyle).

Antoine Lavoisier suy luận rằng trọng lượng mới sinh ra chắc chắn là do không khí trong bình, và cũng là nguyên nhân do sau khi mở bình ra thì không khí đã tràn vào. Khi thiếc kết hợp với không khí trong bình tạo thành lớp tro kim loại thì trọng lượng của thiếc đã tăng thêm được 2g nữa. Khi ông mở bình ra, không khí bên ngoài tràn vào trong bình đã bổ sung thêm lượng không khí bị tiêu hao trong khi xảy ra phản ứng với miếng thiếc.

Antoine Lavoisier lấy một mảnh thiếc to hơn và làm lại thí nghiệm, sau đó ông phát hiện ra vẫn chỉ có 2g không khí bị đám tro kim loại hấp thụ. Ông làm thêm một lần nữa và đo thể tích của phần không khí đã bị hấp thu, kết quả là phần không khí này chiếm 20% tổng khối lượng không khí chứa trong bình.

Cuối cùng, Antoine Lavoisier rút ra kết luận rằng chỉ có 20% không khí trong bình mới có thể gây ra phản ứng với thiếc. Ông đoán rằng 20% chất khí này chắc chắn là loại “không khí nguyên chất” mà Priestley đã phát hiện ra năm 1774. Antoine Lavoisier đã đặt ra một cái tên khác cho loại không khí đó là oxy.

Antoine Lavoisier tiếp tục nghiên cứu và ông nhận ra rằng ông đã chứng minh được một thứ quan trọng hơn hết thảy. Nếu Boyle cho rằng trọng lượng hay vật chất được sinh ra trong quá trình thí nghiệm thì Antoine Lavoisier lại chứng minh rằng phản ứng hóa học vừa không thể tự sinh ra vật chất và cũng không làm vật chất bị mất đi, vật chất luôn có nguồn góc từ một chỗ nào đó và nó cũng sẽ di chuyển đến một chỗ khác. Nếu như các nhà khoa học để ý quan sát một cách cẩn thận thì họ chắc chắn sẽ phát hiện ra hướng di chuyển của vật chất. Định luật bảo toàn khối lượng đã ra đời như vậy, thế nhưng mãi cho đến năm 1789, khi cho xuất bản cuốn giáo trình hóa học nổi tiếng của mình, Antoine Lavoisier mới công bố phát hiện này.

schoolnet