Đèn Bunsen là một trong những biểu tượng phổ biến của hóa học. Mặc dù ngày nay, chiếc đèn này có thể hiếm gặp hơn trong các phòng thí nghiệm của trường đại học, do một số chất rất dễ cháy được sử dụng, chúng vẫn rất phổ biến trong các lớp học khoa học ở trường học và đối với hầu hết chúng ta, có lẽ chúng ta sẽ nhớ lại những bài học khoa học ở trường. Vì hôm nay là ngày sinh của người tạo ra nó (31/3), Robert Bunsen, nên bài viết này sẽ xem xét nhanh cấu tạo của đèn và chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về lịch sử của nó bên dưới.
Đôi nét
Theo wikipedia thì Robert Wilhelm Eberhard Bunsen (1811 – 1899) là nhà hóa học người Đức. Ông nghiên cứu quang phổ phát xạ của các nguyên tố bị nung nóng, và phát hiện ra caesium (năm 1860) và rubidium (năm 1861) cùng với Gustav Kirchhoff. Bunsen phát triển một số phương pháp phân tích khí, là người tiên phong trong quang hóa, đặc biệt trong lĩnh vực hóa học arsen hữu cơ.
Thực sự có một số nhầm lẫn về ngày sinh của Bunsen, với một số tài liệu nói rằng thực tế đó là ngày 30 tháng 3, trong khi những tài liệu khác lại ghi ngày 31. Thậm chí còn khó hiểu hơn, mặc dù CV viết tay của chính ông là một trong những tài liệu ghi ngày sinh là ngày 30, nhưng người viết tiểu sử của ông đã khẳng định rằng Bunsen thường tổ chức sinh nhật vào ngày 31.
Mặc dù ngày sinh của ông có thể vẫn chưa rõ ràng, nhưng đóng góp của Bunsen cho khoa học trong quá trình phát triển đèn Bunsen đã được ghi chép đầy đủ. Thiết kế của ông thực sự đã dựa trên và phát triển một thiết kế trước đó do Michael Faraday tạo ra, sau đó ông và trợ lý phòng thí nghiệm của mình là Peter Desaga đã cải tiến. Bunsen muốn tạo ra một thiết bị tạo ra ngọn lửa với rất ít bồ hóng, một tiêu chí mà đầu đốt do ông và Desaga thiết kế có thể đáp ứng được.
Khoa học đằng sau
Ngọn lửa bồ hóng cháy vàng hoặc cam; điều này là do sự hiện diện của các nguyên tử carbon trong bồ hóng, chúng phát sáng màu vàng khi nung ở nhiệt độ cao. Đây là một vấn đề đối với Bunsen, vì ông muốn nghiên cứu màu sắc của ánh sáng phát ra khi các nguyên tố khác nhau được nung nóng – nhưng điều này là không thể do màu từ các nguyên tử carbon nóng sáng che lấp bất kỳ màu nào khác.
Đầu đốt mới của ông có thể điều chỉnh luồng không khí vào nó. Khi lỗ khí của nó được đóng lại, ngọn lửa bồ hóng ở nhiệt độ thấp được tạo ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu khí không hoàn toàn. Tuy nhiên, khi lỗ khí mở ra, nhiều không khí có thể đi vào đầu đốt hơn, và do đó có nhiều oxy hơn, cho phép khí đốt cháy hoàn toàn và ngăn chặn việc tạo ra các hạt bồ hóng.
Khi một mẫu nguyên tố được nung nóng, nó có thể hấp thụ năng lượng từ ngọn lửa và các electron trong nguyên tử trong mẫu có thể thu được năng lượng này – chúng trở thành thứ mà các nhà hóa học gọi là ‘kích thích‘, nhảy lên các mức năng lượng electron cao hơn trong nguyên tử. Tuy nhiên, đây là một trạng thái thoáng qua. Các electron sẽ sớm rơi trở lại vị trí ban đầu của chúng từ các mức năng lượng cao hơn này. Khi làm như vậy, chúng giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng, tạo ra sự phát xạ đặc trưng.
Dạng ánh sáng chính xác được tạo ra trong quang phổ phát xạ là duy nhất đối với các nguyên tố khác nhau – về cơ bản đây là “dấu vân tay” của một nguyên tố – và do đó, nó có thể được sử dụng để xác định danh tính của một nguyên tố.
Đây chính xác là những gì Bunsen đã làm. Sử dụng đèn đốt cùng với máy quang phổ để cho phép ông nhìn thấy các bước sóng ánh sáng khác nhau phát ra từ các mẫu được nung nóng, ông có thể xác định quang phổ phát xạ của các nguyên tố khác nhau. Sử dụng quy trình này, ông đã phát hiện ra hai nguyên tố chưa từng được biết đến trước đây: caesium vào năm 1860 và rubidium vào năm 1861.
Học sinh thường lặp lại quy trình tương tự bằng cách sử dụng đèn đốt cùng tên của ông trong các trường học ngày nay. Các hợp chất rắn có thể được giữ trong ngọn lửa Bunsen, hoặc các dung dịch có thể được phun vào ngọn lửa, để tạo ra ngọn lửa có màu đặc trưng cho các nguyên tố cụ thể, cho phép nhận dạng chúng.
Quang phổ phát xạ của các nguyên tố không chỉ có ứng dụng trong phòng thí nghiệm khoa học. Chúng cũng được các nhà thiên văn học sử dụng để xác định thành phần nguyên tố của các ngôi sao xa xôi. Nếu không thể giải thích các quang phổ này, gần như không thể xác định thành phần của các ngôi sao – nhưng với chúng, chúng ta có thể tự tin xác định thành phần của các ngôi sao cách xa hàng trăm năm ánh sáng.
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!
Tham khảo Wikipedia và Compound Interest.
