Năm một nghìn tám trăm năm mươi sáu, cậu sinh viên mười tám tuổi William Perkin cố tổng hợp ký ninh, loại thuốc trị sốt rét quý giá thời đó, và thất bại. Nhưng từ đáy bình là một thứ cặn đen, cậu chiết ra được một chất nhuộm màu tím rực rỡ. Đó là thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên được sản xuất thương mại, mở đầu cho cả ngành công nghiệp hoá chất hiện đại.
Chào bạn, đây là Nhà Hoá Học. Có những phát minh đến từ việc biết nhìn vào thất bại của chính mình. Câu chuyện của Perkin là một trong những ví dụ đẹp nhất.
Một kỳ nghỉ lễ và một tham vọng lớn
Giữa thế kỷ mười chín, Perkin là sinh viên tại một trường hoá học ở London, học dưới sự hướng dẫn của nhà hoá học người Đức August Wilhelm von Hofmann. Hofmann nghiên cứu những hợp chất lấy từ nhựa than đá, thứ phế phẩm đen đặc còn lại khi sản xuất khí đốt thắp đèn từ than.
Thời đó, ký ninh chiết từ vỏ cây canh ki na ở Nam Mỹ là thuốc quý để chữa sốt rét, căn bệnh hoành hành ở các thuộc địa nhiệt đới. Vỏ cây đắt và khan hiếm. Hofmann từng gợi ý rằng có thể tổng hợp ký ninh từ các chất trong nhựa than.
Trong kỳ nghỉ lễ Phục Sinh, Perkin làm thí nghiệm trong một phòng thí nghiệm tự dựng tại nhà. Cậu chọn một chất từ nhựa than, ôxy hoá nó, hy vọng thu được ký ninh.
Ngày nay ta biết ý tưởng ấy gần như không có cơ hội thành công. Thời đó người ta chỉ biết công thức thành phần của ký ninh, chưa biết các nguyên tử nối với nhau thế nào. Ghép đúng số nguyên tử chưa có nghĩa là ra đúng phân tử, đúng bài học đồng phân của Wöhler.
Từ đáy bình đen sì đến màu tím
Kết quả đúng như nhiều người làm hoá học quen thuộc: đáy bình là một thứ cặn đen, nhớp nháp, trông như hỏng hoàn toàn. Nhiều người sẽ đổ đi và rửa bình.
Perkin thì không. Khi lặp lại phản ứng với một chất khởi đầu khác là anilin, vẫn từ nhựa than, cậu thử chiết cặn đen bằng cồn. Dung dịch thu được có màu tím đậm rất đẹp. Cậu thử nhúng một mảnh lụa vào, mảnh lụa ăn màu tím, giặt không phai, phơi nắng không bạc nhanh.
Về sau người ta biết thứ Perkin thu được thật ra là hỗn hợp của vài phân tử màu, do anilin của cậu không tinh khiết mà có lẫn các chất họ hàng. Chính sự không tinh khiết đó lại tạo ra màu.
Cậu nhận ra mình đang cầm trong tay thứ có giá trị thương mại. Đây là khoảnh khắc mà một sinh viên giỏi trở thành một nhà phát minh: không chỉ thấy kết quả lạ, mà còn hỏi kết quả lạ này có thể dùng vào việc gì.
Vì sao màu tím từng đắt hơn vàng?
Giờ mình nói sang lý do màu tím của Perkin gây chấn động. Trước đó, thuốc nhuộm đều từ thiên nhiên: chàm từ cây chàm, đỏ từ rễ cây, vàng từ hoa lá. Màu tím đẹp và bền là thứ hiếm nhất.
Màu tím quý nhất thời cổ đại lấy từ tuyến của một loài ốc biển. Cần hàng nghìn con ốc mới đủ nhuộm một mảnh vải nhỏ. Vì vậy ở nhiều nền văn minh cổ, màu tím gắn với vua chúa, quyền lực, và có lúc bị luật lệ cấm thường dân mặc.
Ở Việt Nam, các làng dệt cũng dùng thuốc nhuộm từ cây cỏ như củ nâu, lá bàng, cây chàm, mỗi màu là cả một kỹ thuật ngâm, nấu, phơi công phu. Một màu tím đều, bền, rẻ là điều trước đó khó tưởng tượng.
Perkin bỏ học, cùng cha và anh trai dựng xưởng sản xuất. Ông phải giải quyết hàng loạt vấn đề: sản xuất anilin số lượng lớn, tìm cách cho thuốc nhuộm bám tốt trên bông, không chỉ trên lụa. Chỉ vài năm sau, màu tím này thành cơn sốt thời trang ở châu Âu, khi cả những phụ nữ hoàng gia cũng mặc váy màu tím hoa cà.
Từ một màu tím đến cả ngành hoá chất
Thành công của Perkin châm ngòi cho cuộc đua tìm thuốc nhuộm tổng hợp. Các nhà hoá học tìm ra màu đỏ, xanh lam, xanh lục từ nhựa than. Chàm tổng hợp về sau thay thế phần lớn chàm trồng ở nhiều nơi.
Ngành công nghiệp thuốc nhuộm, đặc biệt ở Đức, phát triển mạnh, xây những phòng thí nghiệm nghiên cứu công nghiệp đầu tiên quy mô lớn. Từ thuốc nhuộm, các công ty này mở rộng sang dược phẩm, phân bón, chất dẻo.
Có một sợi dây nối thú vị. Nhà khoa học Paul Ehrlich để ý rằng một số thuốc nhuộm chỉ bám vào vài loại tế bào hay vi khuẩn nhất định. Ông nảy ra ý tưởng về những viên đạn thần kỳ, chất chỉ tấn công mầm bệnh mà không hại tế bào người. Ý tưởng ấy góp phần dẫn tới các loại thuốc kháng khuẩn tổng hợp đầu tiên.
Còn ký ninh, mục tiêu ban đầu của Perkin, phải gần một thế kỷ sau mới được tổng hợp thành công trong phòng thí nghiệm, khi hoá học đã hiểu rõ cấu trúc phân tử.
Bài học từ một lần thất bại
Perkin trở nên giàu có khi còn trẻ. Nhưng điều thú vị là ở tuổi ngoài ba mươi, ông bán lại xưởng để quay về nghiên cứu hoá học thuần tuý, và tiếp tục có những đóng góp khác, trong đó có một phản ứng tổng hợp về sau mang tên ông. Ông được phong tước hiệp sĩ khi đã lớn tuổi.
Bài học đầu tiên là sự chuẩn bị gặp gỡ may mắn. Cặn đen ở đáy bình thì nhiều người từng thấy. Nhưng chỉ người có kiến thức nền, có tính tò mò và có con mắt thực tế mới biết dừng lại với nó.
Bài học thứ hai là thất bại theo một hướng có thể là thành công theo hướng khác, miễn là mình ghi chép cẩn thận và chịu nhìn kỹ những gì đã xảy ra, thay vì chỉ nhìn những gì mình muốn xảy ra.
Ngày nay, mỗi chiếc áo nhiều màu sắc bạn mặc gần như chắc chắn được nhuộm bằng thuốc nhuộm tổng hợp, hậu duệ của mảnh lụa tím năm ấy. Lần tới làm hỏng một món ăn hay một thí nghiệm ở lớp, bạn thử nhìn lại cái đáy nồi đen sì, biết đâu nó đang muốn kể cho bạn một điều gì đó.
Câu hỏi thường gặp
Màu tím hoa cà có phải màu Perkin tìm ra không?
Màu Perkin tìm ra là một sắc tím mà về sau được người Pháp gọi theo tên một loài hoa cẩm quỳ, và tiếng Việt thường dịch là tím hoa cà. Cái tên này gắn chặt với thuốc nhuộm của ông.
Nhựa than đá là gì?
Đó là chất lỏng đen, đặc thu được khi nung than đá không có không khí để lấy khí đốt và than cốc. Nó chứa rất nhiều hợp chất thơm, từng là nguồn nguyên liệu chính cho hoá chất hữu cơ thế kỷ mười chín.
Thuốc nhuộm tổng hợp có an toàn không?
Phần lớn thuốc nhuộm vải hợp chuẩn an toàn khi dùng. Một số loại cũ đã bị hạn chế vì có thể phân huỷ thành chất có hại. Quần áo mới nên giặt trước khi mặc, nhất là đồ trẻ em.
Ký ninh ngày nay còn dùng không?
Ký ninh vẫn được dùng trong một số trường hợp sốt rét theo chỉ định của bác sĩ, dù đã có nhiều thuốc mới hơn. Nó cũng tạo vị đắng cho nước tăng lực dạng tonic với hàm lượng rất thấp.
Vì sao vải nhuộm màu bị phai khi phơi nắng?
Tia cực tím có thể phá vỡ cấu trúc phân tử màu, làm chúng mất khả năng hấp thụ ánh sáng như cũ. Thuốc nhuộm bền màu là loại có phân tử chịu được tác động này tốt hơn.
