Thuyết phlogiston cho rằng mọi vật cháy được đều chứa một chất gọi là phlogiston, và khi cháy, vật nhả chất ấy vào không khí. Nó sai, nhưng suốt gần một thế kỷ, nó giúp các nhà hoá học sắp xếp thí nghiệm, đặt câu hỏi và khám phá nhiều chất khí mới. Phải tới cuối thế kỷ mười tám, Antoine Lavoisier dùng những chiếc cân chính xác để thay nó bằng cách hiểu sự cháy là kết hợp với ôxy.
Chào bạn, đây là Nhà Tư Tưởng. Tập này mình bênh vực một lý thuyết sai, vì trong lịch sử ý tưởng, sai không có nghĩa là vô dụng. Mình sẽ kể chuyện một chất không tồn tại, một câu hỏi về cân nặng mà nó không trả lời nổi, và người đã trả lời. Như mọi lần nói về cháy nổ, nếu làm thí nghiệm với lửa, hãy có người lớn và chỗ an toàn.
Lửa từ đâu ra?
Cháy là một trong những hiện tượng kỳ lạ nhất với người xưa. Củi biến thành tro nhẹ hơn nhiều, khói bay đi, ngọn lửa toả sáng và nóng. Có vẻ như một thứ gì đó thoát ra khỏi vật đang cháy.
Cuối thế kỷ mười bảy, đầu thế kỷ mười tám, các nhà hoá học người Đức như Becher và Georg Ernst Stahl xây dựng một lý thuyết từ trực giác ấy. Họ cho rằng vật cháy được chứa một thành phần, Stahl gọi là phlogiston, từ chữ Hy Lạp có nghĩa là cháy.
Khi củi cháy, phlogiston thoát ra, còn lại tro. Củi cháy nhiều vì chứa nhiều phlogiston. Ngọn nến úp trong lọ kín tắt đi vì không khí trong lọ đã bão hoà phlogiston, không nhận thêm được nữa.
Lý thuyết còn giải thích cả việc luyện kim. Quặng nung với than thì thành kim loại, vì than nhường phlogiston cho quặng. Một lý thuyết gọn, giải thích được nhiều thứ.
Một lý thuyết sai mà có ích
Trong gần một thế kỷ, thuyết phlogiston là khung chung của hoá học châu Âu. Nó giúp các nhà hoá học xếp các hiện tượng vào một bức tranh: cháy, gỉ sét, hô hấp, luyện kim đều là chuyện phlogiston đi vào hay đi ra.
Có khung chung thì có câu hỏi chung. Các nhà hoá học thi nhau thu thập chất khí, đo đạc, đặt tên. Henry Cavendish tách được một chất khí rất dễ cháy, và nhiều người nghĩ đó có thể là phlogiston gần như tinh khiết. Joseph Priestley tách được một chất khí làm nến cháy rực, và gọi nó là không khí đã mất phlogiston.
Những chất khí ấy ngày nay ta gọi là hydro và ôxy. Chúng được tìm ra bởi những người tin thuyết phlogiston, trong khuôn khổ của thuyết phlogiston.
Đó là lý do nhiều nhà sử học khoa học không chế giễu lý thuyết này. Nó sai, nhưng nó dẫn đường cho nhiều phát hiện thật.
Câu hỏi về cân nặng
Nhưng có một chỗ không khớp. Khi nung một số kim loại trong không khí, chúng biến thành một lớp gỉ, và cân lên thì nặng hơn kim loại ban đầu. Nếu kim loại nhả phlogiston khi nung, sao lại nặng thêm?
Những người theo thuyết phlogiston đưa ra nhiều cách giải thích. Có người cho rằng phlogiston có thể có khối lượng âm, tức là mất nó thì nặng lên. Có người cho rằng sự khác biệt nhỏ, không đáng kể. Đó là dấu hiệu quen thuộc của một lý thuyết đang phải vá víu.
Antoine Lavoisier, nhà hoá học người Pháp, coi trọng cái cân hơn ai hết. Ông làm thí nghiệm trong bình kín, cân trước và cân sau rất cẩn thận. Ông thấy tổng khối lượng không đổi: kim loại nặng thêm đúng bằng phần không khí bị mất đi trong bình.
Từ đó ông kết luận: khi cháy hay khi nung, vật không nhả ra gì cả, mà kết hợp với một phần của không khí. Ông đặt tên cho phần ấy là ôxy.
Cách mạng hoá học và một kết thúc buồn
Lavoisier không chỉ thay một lý thuyết. Năm một nghìn bảy trăm tám mươi chín, ông xuất bản một cuốn sách giáo khoa hoá học trình bày hệ thống mới, với cách gọi tên chất mới, danh sách các nguyên tố, và nguyên tắc rằng trong phản ứng hoá học, khối lượng được bảo toàn.
Thế hệ nhà hoá học trẻ nhanh chóng theo ông. Một số người kỳ cựu như Priestley thì không bao giờ chấp nhận, như mình đã kể ở chương trước.
Câu chuyện của Lavoisier kết thúc bi thảm. Ông từng làm trong một tổ chức thu thuế dưới chế độ cũ, và trong cơn biến động của Cách mạng Pháp, ông bị xử chém năm một nghìn bảy trăm chín mươi tư. Có một câu nói nổi tiếng rằng nền cộng hoà không cần nhà bác học, nhưng nhiều sử gia cho rằng câu ấy chưa chắc đã được nói ra.
Một nhà toán học cùng thời được kể là đã than rằng chỉ cần một khoảnh khắc để chặt cái đầu ấy, nhưng trăm năm chưa chắc sinh ra được một cái đầu như vậy.
Lý thuyết là công cụ, không phải tín điều
Giờ mình nói sang bài học. Một lý thuyết sai vẫn có thể là công cụ tốt nếu nó giúp mình đặt câu hỏi và làm thí nghiệm. Đừng khinh những người đi trước vì họ tin điều ta biết là sai. Họ đã dùng công cụ tốt nhất họ có.
Dấu hiệu một lý thuyết sắp hết hạn là khi nó phải vá víu ngày càng nhiều để giải thích những điều không khớp, như khối lượng âm của phlogiston. Khi bạn thấy mình phải thêm quá nhiều ngoại lệ cho một niềm tin, đó là lúc nên xem lại.
Và hãy coi trọng cái cân của Lavoisier: phép đo cẩn thận, đặt câu hỏi vào chỗ con số không khớp. Nhiều cuộc cách mạng ý tưởng bắt đầu từ một con số nhỏ mà mọi người bỏ qua.
Câu hỏi cho bạn: niềm tin nào của bạn đang phải mang theo quá nhiều ngoại lệ để còn đứng được?
Câu hỏi thường gặp
Phlogiston là gì?
Là một chất giả định mà các nhà hoá học thế kỷ mười bảy, mười tám cho rằng có trong mọi vật cháy được và thoát ra khi cháy. Ngày nay ta biết chất này không tồn tại.
Vì sao thuyết phlogiston bị bác bỏ?
Vì nó không giải thích được việc kim loại nung lên lại nặng hơn, và các thí nghiệm cân chính xác của Lavoisier cho thấy sự cháy là kết hợp với ôxy chứ không phải nhả ra một chất.
Định luật bảo toàn khối lượng nói gì?
Trong một phản ứng hoá học ở hệ kín, tổng khối lượng các chất trước và sau phản ứng không đổi. Lavoisier là người góp phần lớn khẳng định nguyên tắc này bằng thí nghiệm.
Thuyết phlogiston có đóng góp gì không?
Có. Nó là khung chung giúp các nhà hoá học sắp xếp hiện tượng và đặt câu hỏi, và trong khuôn khổ của nó, nhiều chất khí như hydro và ôxy đã được phát hiện.
Vì sao ngọn nến tắt khi úp lọ?
Vì ngọn lửa dùng hết phần ôxy trong lọ kín, khi ôxy không còn đủ thì lửa tắt. Khi làm thí nghiệm này với trẻ, cần người lớn giám sát và đặt nến trên mặt phẳng không cháy.
