Dụng cụ trong chân dung Lavoisier kể gì về cuộc cách mạng hóa học?

Trong chân dung do Jacques-Louis David vẽ năm 1788, Antoine-Laurent Lavoisier không xuất hiện một mình: bên ông là Marie-Anne Pierrette Paulze cùng nhiều bình, ống và van thí nghiệm. Những đồ vật vốn thuộc phòng thí nghiệm lại được đặt trên bàn viết và dưới sàn, nổi bật chẳng kém hai nhân vật. Chúng cho biết ngay Lavoisier là một nhà hóa học, nhưng còn kể câu chuyện sâu hơn: hóa học đang chuyển từ những mô tả định tính sang một phương pháp dựa vào cân, đo và kiểm soát phản ứng. Bức tranh vì thế không chỉ ghi lại diện mạo con người mà còn làm hiện rõ những công cụ của một bước ngoặt khoa học. [1]

Vì sao dụng cụ được đưa vào một bức chân dung?

David đặt thiết bị hóa học ở những vị trí người xem khó bỏ qua. Một bình cao có van nằm sát tay trái Lavoisier, ống thủy tinh dựng trên bàn, còn quả cầu lớn ở dưới sàn đón các đường chéo của bố cục. Sự sắp đặt này không giống một bản kiểm kê phòng thí nghiệm. Nó chọn vài vật tiêu biểu để biến nghề nghiệp và phương pháp làm việc của nhân vật thành tín hiệu thị giác. Bề mặt kính, đồng, nước và thủy ngân còn tạo cơ hội để họa sĩ thể hiện khả năng tái hiện những chất liệu phản sáng khác nhau. [1]

Không ai biết chắc Lavoisier, Marie-Anne hay David đã quyết định chọn từng món. Vợ chồng Lavoisier sở hữu gần 200 thiết bị, nhiều món do Nicolas Fortin chế tạo từ năm 1783. Ý nghĩa khoa học có thể là một tiêu chí, nhưng hình dáng và vai trò trong bố cục cũng có thể quan trọng với David. Bởi vậy, các dụng cụ nên được đọc như những đồ vật có thật đã được lựa chọn để tạo nên một chân dung, chứ không phải bản phục dựng chính xác căn phòng nơi mọi thí nghiệm diễn ra. [1]

Quả cầu thủy tinh giúp cân một chất khí thế nào?

Quả cầu dưới sàn có cổ gắn nắp đồng, ống kim loại và khóa đóng mở. Lavoisier dùng những bình tương tự để xác định khối lượng của khí, một việc khó hơn cân chất rắn vì khí phải được giữ kín. Trước hết, ông xác định thể tích bình bằng cách cân bình rỗng rồi cân khi chứa nước. Sau khi làm khô và hút bớt không khí, ông nối bình với nơi chứa loại khí cần khảo sát, mở khóa để khí đi vào, đóng lại và cân lần nữa. [1]

Hiệu số giữa các lần cân chưa tự động cho ra kết quả hoàn chỉnh. Lavoisier còn hiệu chỉnh theo nhiệt độ, áp suất và lượng không khí vẫn còn sau khi hút. Nhờ vậy, thể tích khí có thể được quy về khối lượng để so sánh với các chất khác trong phản ứng. Điểm đáng nhớ không nằm ở riêng chiếc bình, mà ở chuỗi thao tác quanh nó: giữ hệ kín, đo từng đại lượng và tính đến những yếu tố có thể làm sai lệch phép cân. Đó là nền tảng của cách tiếp cận định lượng trong hóa học. [1]

Ống thủy ngân đã làm thay đổi cách hiểu về nước ra sao?

Ống thủy tinh thẳng đứng trên bàn gắn với nỗ lực chứng minh nước không phải một nguyên tố cơ bản. Trong thí nghiệm phân tích của Lavoisier, ống được đổ đầy thủy ngân rồi úp vào một bể thủy ngân. Nước và mạt sắt được đưa vào dưới miệng ống. Khi sắt bị oxy hóa, khí dần tích tụ ở phía trên. Lavoisier thử khí này và nhận thấy nó cháy; ông về sau gọi nó là hydro. Cách giải thích của ông là oxy trong nước đã kết hợp với sắt, để hydro được giải phóng. [1]

Kết luận ấy không xuất hiện từ một thí nghiệm đơn lẻ. Joseph Priestley, Henry Cavendish và James Watt đều tham gia quá trình tìm hiểu sự hình thành nước. Năm 1783, Lavoisier lặp lại thí nghiệm tổng hợp trước đó của Cavendish và diễn giải rằng nước được tạo bởi hydro và oxy. Sau đó, ông tìm cách chứng minh chiều ngược lại bằng sự phân tích. Khi một chất vừa có thể được tạo thành từ hai khí, vừa có thể bị tách theo hướng phù hợp, quan niệm cổ xem nước là thành phần không thể phân chia trở nên khó duy trì. [1]

Chiếc bình có van cho thấy điều gì về kiểm soát phản ứng?

Bình cao gần tay trái Lavoisier có nắp đồng kín, một ống dài và hai khóa. Những thiết bị tương tự có thể được hút hết không khí, làm đầy nước rồi nạp oxy; khí đi vào sẽ đẩy nước ra ngoài. Khi cần dùng, khóa phía trên điều tiết lượng oxy thoát khỏi bình. Cấu tạo ấy cho thấy phản ứng hóa học không chỉ phụ thuộc vào việc chọn đúng chất. Người làm thí nghiệm còn phải giữ kín hệ thống, dẫn khí đến đúng chỗ và điều chỉnh dòng khí đủ ổn định để có thể quan sát, đo lường. [1]

Vai trò của van thể hiện rõ trong thí nghiệm đốt cồn trong hệ kín. Lavoisier bổ sung oxy để duy trì ngọn lửa, sau đó đo chất ban đầu cùng các sản phẩm là nước và carbon dioxide. Dòng oxy quá chậm có thể làm lửa tắt; quá nhanh lại làm tăng nguy cơ quá nhiệt và vỡ bình. Ông từng thuật lại một lần bình chuông phát nổ trước mặt một số thành viên Viện Hàn lâm. Sau vẻ sáng bóng của thiết bị trong tranh là một công việc đòi hỏi thao tác chính xác và luôn có rủi ro vật lý. [1]

Giấy viết và vai trò của Marie-Anne bổ sung điều gì?

Tập giấy trước mặt Lavoisier có thể là bản thảo Traité élémentaire de chimie, nhưng cách nhận diện này vẫn chỉ là giả thuyết. Sách được xuất bản tại Paris năm 1789. Tập đầu trình bày các kết luận và nguyên lý từ thí nghiệm; tập hai mô tả phương pháp thực nghiệm. Phụ lục gồm 13 bản khắc, thể hiện khoảng 170 dụng cụ do Marie-Anne vẽ theo tỷ lệ. Giấy viết vì thế đứng cạnh bình thí nghiệm như phần tiếp theo của cùng một công việc: biến phép đo thành phương pháp có thể truyền đạt. [1]

Marie-Anne không chỉ là người đứng cạnh nhà hóa học. Bà từng học vẽ với David, tham gia minh họa thiết bị và sau khi chồng qua đời đã thu hồi bản in thử của Mémoires de chimie để xuất bản công trình này năm 1805. Sự hiện diện của bà cùng dấu vết của người chế tạo dụng cụ Nicolas Fortin làm bức tranh vượt khỏi mô hình một thiên tài làm việc đơn độc. Mỗi chiếc bình còn gợi đến cả mạng lưới cộng tác gồm người thí nghiệm, người ghi chép, người chế tác và người tạo hình ảnh cho tri thức khoa học. [1]