William Perkin: từ thí nghiệm thất bại ở tuổi 18 đến cuộc đổi màu của ngành hóa chất

Kỳ nghỉ Phục sinh năm 1856, William Henry Perkin mới 18 tuổi làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thô sơ trên tầng cao nhất nhà mình tại Cable Street, phía đông London. Ông dùng potassium dichromate làm chất oxy hóa aniline, nhưng phản ứng tạo ra chất rắn màu đen, báo hiệu phép tổng hợp hữu cơ đã thất bại. [3][1][2]

Khi ấy, Perkin đang ở năm thứ hai làm trợ lý nghiên cứu cho Hofmann. Trong thí nghiệm này, potassium dichromate đóng vai trò chất dùng để oxy hóa aniline; phần nguyên liệu còn có tạp chất toluidine. Toluidine phản ứng với aniline và tạo thành chất rắn màu đen ấy. Một tạp chất đã tham gia vào phản ứng, khiến kết quả thực tế khác với sản phẩm ông tìm kiếm. [3][2]

Với người trợ lý nghiên cứu trẻ tuổi, chất rắn màu đen là dấu hiệu thất bại của phép tổng hợp đang thử. Nhưng một kết quả không đạt mục tiêu có thể dẫn tới đâu nếu người làm thí nghiệm tiếp tục tìm hiểu sản phẩm vừa xuất hiện? Vì sao điểm khởi đầu của một ngành công nghiệp lại có thể nằm trong thứ thu được từ một phản ứng thất bại, giữa phòng thí nghiệm thô sơ tại nhà? [3][2][1]

Thuốc đắt tiền, nguyên liệu bị bỏ đi

Perkin đến với hóa học từ lời khuyến khích của Thomas Hall tại City of London School khi ông mới 14 tuổi. Năm 1853, ở tuổi 15, ông vào Royal College of Chemistry, học dưới sự hướng dẫn của August Wilhelm von Hofmann. Đến năm 1854, ông lập phòng thí nghiệm tại nhà để nghiên cứu hóa hữu cơ, đưa công việc nghiên cứu về cả nơi mình sống. [1][9]

Khi ấy, việc xác định cách các nguyên tố sắp xếp trong hợp chất vẫn còn khó khăn. Hofmann công bố một giả thuyết về cách có thể tổng hợp quinine, chất tự nhiên đắt tiền đang được cần nhiều để chữa sốt rét. Perkin theo đuổi mục tiêu ấy giữa lúc hiểu biết về cấu trúc hợp chất còn hạn chế; con đường tổng hợp thầy ông đề xuất vẫn là giả thuyết. [1]

Quinine tự nhiên khó chiết xuất. Bảo tàng Science and Industry Museum cho biết chính trở ngại ấy khiến Hofmann coi việc tổng hợp chất này là một thử thách phù hợp. Bài viết trên Guardian gắn mục tiêu làm quinine nhân tạo của Perkin với việc cứu binh lính Anh chết vì sốt rét ở Ấn Độ. Đằng sau phép thử hóa học là nhu cầu về một loại thuốc khó thu được. [3][7]

Nguyên liệu Perkin sử dụng lại đến từ một phía rất khác: aniline, loại dầu thơm không màu có nguồn gốc từ nhựa than đá. Nhựa than đá là phụ phẩm dồi dào của quá trình sản xuất khí than và coke. [1][3]

Bảo tàng Science and Industry Museum mô tả nhựa than đá trước bước tiên phong của Perkin là phế phẩm chỉ hữu ích để chống thấm vải. [9][3]

Màu tím xuất hiện khi rửa bình

Khi rửa bình bằng cồn, ông nhận thấy một số phần dung dịch chuyển sang màu tím. Từ kết tủa đen ấy, ông tách được một chất có thể nhuộm lụa thành màu tím. [2][3]

William Henry Perkin tiếp tục thử nghiệm với Arthur Church và anh trai Thomas. Ba người làm việc trong một túp lều ở vườn nhà Perkin để giữ kín các thí nghiệm với Hofmann. Không gian nhỏ ấy trở thành nơi họ kiểm tra xem chất tím có thể tạo ra với quy mô lớn hơn hay không, thay vì chỉ xuất hiện trong một lần phản ứng. [1]

Nhóm gọi loại thuốc nhuộm mà họ muốn thương mại hóa là mauveine. Những thử nghiệm ban đầu đem lại một kết quả quan trọng hơn vẻ ngoài của màu: thuốc nhuộm vẫn bền khi lụa bị giặt hoặc tiếp xúc với ánh sáng. [1]

Mẫu mauveine được gửi đến một cơ sở nhuộm tại Perth, Scotland. Robert Pullar, tổng quản lý ở đó, gửi về phản hồi rất hứa hẹn. [1]

Ngày 26 tháng 8 năm 1856, ông đăng ký bằng sáng chế cho phát hiện tình cờ ấy. [3][1]

Gia đình đặt cược vào nhà máy

Khi William Henry Perkin đứng trước cơ hội thương mại hóa mauveine, thị trường thuốc nhuộm vẫn phụ thuộc vào các chất tự nhiên. Nhiều loại vừa đắt vừa tốn công chiết xuất, còn màu tím từ lâu đã gắn với giới quý tộc và uy thế. Sắc màu ấy đặc biệt đắt đỏ, khó sản xuất, nên một mẫu màu đẹp chỉ mới là điểm khởi đầu; để biến nó thành hàng hóa, ông phải tìm cách làm cho nhiều người có thể mua và sử dụng. [1]

Nguồn vốn nhanh chóng trở thành trở ngại thực tế. William Henry Perkin bỏ học và xin cha hỗ trợ tài chính để mở nhà máy sản xuất thuốc nhuộm công nghiệp. George Perkin, cha ông, là một thợ mộc thành đạt ở East End, London, đồng thời là cha của bảy người con. Ông thuyết phục cha cấp vốn, rồi vận động các anh em cùng hợp tác xây dựng nhà máy. [1][8]

Năm 1857, William Henry Perkin mở xưởng sản xuất hàng loạt tại Greenford, bên Grand Union Canal ở Middlesex. Khoảng cách giữa thuốc nhuộm tự nhiên đắt tiền và một sản phẩm công nghiệp nằm ở giá thành. Ông phải tìm cách giảm chi phí sản xuất để màu tím có thể bước ra khỏi phạm vi những mặt hàng dành cho tầng lớp giàu có. Một màu hấp dẫn trên lụa vẫn chưa đủ; thuốc nhuộm còn phải thích nghi với cotton, loại vải đòi hỏi cách xử lý khác. [1][2]

Vì vậy, người tìm ra màu tím cũng phải phát minh chất cầm màu cho cotton. Công việc của ông không dừng ở việc tạo ra màu: ông tư vấn kỹ thuật cho ngành nhuộm, giúp những người sử dụng hiểu cách đưa thuốc nhuộm vào quy trình, rồi quảng bá sản phẩm để tạo nhu cầu trong công chúng. [1]

Khi váy tím cần cả một nhà máy

Perkin đưa màu của ông vào một thị trường đã sẵn chuộng những sắc gần nhau. Mùa xuân năm 1856, tím, hồng, lilac, mauve và rose đang ở đỉnh cao thời trang. [8]

Tháng 5 năm 1857, một đối tác ngành dệt viết cho ông rằng cơn sốt màu đã lan trong giới phụ nữ. Mùa hè ấy, Hoàng hậu Eugénie mặc váy lụa lilac trơn, đội mũ có một chùm hoa lilac nhỏ. Tại Pháp và Anh, việc Eugénie cùng Nữ hoàng Victoria sử dụng một màu tương tự góp phần thúc đẩy nhu cầu. Sắc tím có thêm sức hút từ trang phục hoàng gia. [8][1]

Màu mauve của Perkin rẻ hơn những thuốc nhuộm tím tự nhiên truyền thống, mở thêm khả năng đưa màu ấy đến nhiều trang phục. Đúng lúc đó, váy crinoline trở thành mốt. Kiểu váy có khung vòng này cần lượng vải lớn; càng nhiều vải để tạo dáng váy, nhu cầu thuốc nhuộm càng tăng. Cấu trúc bộ váy cũng góp phần mở rộng thị trường cho màu của ông, bên cạnh sức hút của sắc tím. [1]

Thuốc nhuộm ban đầu mang tên aniline purple. Đến năm 1859, tại Anh, tên mauve xuất hiện, lấy theo tên tiếng Pháp của hoa mallow. Trong khoảng năm 1859–1861, mauve trở thành màu thời trang không thể thiếu. [2]

Báo chí biến sự phổ biến ấy thành những hình ảnh dễ nhớ. All the Year Round ví phụ nữ mặc màu mauve với đàn chim thiên đường tím đang di cư. Punch châm biếm bằng hình ảnh một dịch sởi màu mauve lan rộng đến mức nghiêm trọng. [2][1]

Một ngày chậm hơn đối thủ

Sau cơn sốt mauve, thị trường không đứng yên để chờ một màu tím duy nhất. Sau mauveine, nhiều thuốc nhuộm aniline mới xuất hiện, kéo theo những nhà máy sản xuất mọc lên khắp châu Âu. Perkin tiếp tục ở trong dòng chảy ấy bằng những công việc nối tiếp nhau: ông nghiên cứu hóa hữu cơ, tìm ra các màu mới và đưa Britannia Violet cùng Perkin's Green vào thương mại. [2][1]

Ông còn tìm ra cách làm coumarin, một trong những nguyên liệu nước hoa tổng hợp đầu tiên. [1]

Năm 1869, Perkin tìm ra phương pháp sản xuất thương mại alizarin, một thuốc nhuộm đỏ rực, từ anthracene. Nhưng ngay trong cuộc đua ấy, ông đã có đối thủ chạy sát phía sau: BASF đăng ký bằng sáng chế cho cùng quy trình sớm hơn Perkin đúng một ngày. [1]

Một ngày chậm hơn đối thủ đã cho thấy ngành thuốc nhuộm tổng hợp bước sang giai đoạn khác. Perkin vẫn tiếp tục nghiên cứu và thương mại hóa các màu mới, nhưng những nhà máy ở châu Âu cũng tham gia vào việc tạo ra sản phẩm. Đến năm 1870, nhu cầu mauve nhường chỗ cho những màu tổng hợp mới hơn. [2][1]

Theo bảo tàng, Perkin đã đủ điều kiện nghỉ kinh doanh ở tuổi 36 để dành phần đời còn lại nghiên cứu những lĩnh vực hóa học khác. [3]

Sự thật và lời đồn quanh màu tím

Mauveine thường được mô tả là thuốc nhuộm hữu cơ tổng hợp thương mại đầu tiên làm từ aniline. Cách diễn đạt thận trọng hơn xếp mauveine vào nhóm một trong những thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên, đồng thời xem đây là một trong những thuốc nhuộm hóa học đầu tiên được sản xuất hàng loạt. [1][2]

Bên cạnh kết quả thí nghiệm có hồ sơ, màu tím còn đi cùng một hình ảnh được nhắc lại nhiều lần: thứ bùn dầu sẫm màu Perkin tạo ra đã nhuộm áo sơ mi của ông thành màu tím rực. Chiếc áo ấy tạo nên một chi tiết dễ nhớ về buổi đầu của mauveine, nhưng câu chuyện áo sơ mi vẫn là giai thoại, chưa được kiểm chứng. [7]

Tên gọi ban đầu của màu mới cũng xuất hiện theo những tuyến kể khác nhau. CNN kể rằng Perkin ban đầu gọi nó là Tyrian purple, rồi chọn một tên tiếng Pháp hợp thời hơn là mauve. [8][1][2]

Điều ít ai biết: công thức không đứng yên

Công thức thuốc nhuộm của Perkin cũng không đứng yên. Mauveine là hỗn hợp bốn hợp chất thơm liên quan, khác nhau về số lượng và vị trí nhóm methyl trong phân tử. Sự phức tạp ấy để lại một nghịch lý: màu nhuộm đã đi vào sản xuất từ lâu, nhưng cấu trúc phân tử vẫn khó xác định, mãi đến năm 1994 mới được nhận diện. [2][3]

Sổ ghi chép thí nghiệm của ông hiện do Science and Industry Museum lưu giữ dưới dạng hiện vật cho mượn từ City of London School. Bảo tàng còn giữ các mẫu thuốc nhuộm đóng chai. [3]

Năm 2012, nhà hóa hữu cơ John Plater ở University of Aberdeen liên hệ bảo tàng để nghiên cứu cách làm mauveine. Với sự cho phép của chủ bộ sưu tập, ông phân tích các mẫu thuốc nhuộm đóng chai bằng sắc ký lỏng–khối phổ. Phương pháp này phân tách các thành phần trong mẫu rồi giúp nhận diện chúng, đi sâu hơn màu sắc nhìn thấy bên ngoài. [3]

Bảo tàng ghi nhận Perkin đã thay đổi những thành phần chủ chốt để tạo aniline purple, đồng thời giữ kín với các đối thủ Pháp và Đức. Bí mật nằm ngay trong cách làm thuốc nhuộm. Một thay đổi đặc biệt còn giúp tăng lượng thuốc nhuộm có thể tổng hợp, trở thành bước tiến lớn trong sản xuất. [3]

Plater cho rằng những thay đổi công thức của Perkin liên quan đến việc sản xuất thuốc nhuộm hàng loạt. [3]

Dấu màu tím còn lại hôm nay

Những dẫn xuất khác của nhựa than đá tiếp tục đi xa khỏi ngành nhuộm. Chúng đi vào sản xuất saccharine, góp phần mở rộng ngành dược và phát triển nước hoa. Regina Lee Blaszczyk cho rằng ngành công nghiệp hình thành từ thuốc nhuộm tổng hợp về sau còn tạo ra những đổi mới như cao su tổng hợp, nylon, polyester và penicillin. Perkin không trực tiếp phát minh ra những sản phẩm ấy; dấu ấn của ông nằm ở việc một chất màu trong phòng thí nghiệm đã trở thành nền tảng cho công việc sản xuất hóa chất ở quy mô lớn. [3][8]

Năm 1906, nhân dịp tròn 50 năm phát hiện mauveine, Perkin được phong hiệp sĩ. Cũng trong năm ấy, Perkin Medal lần đầu được trao cho ông tại một bữa tiệc ở New York. Căn phòng tổ chức buổi lễ được trang trí bằng những lá cờ màu mauve rực rỡ; một mảnh cờ hiện vẫn được trưng bày tại bảo tàng của Science History Institute. Màu tím ấy còn xuất hiện trong lễ phục tốt nghiệp của Imperial: màu trên mũ trùm của sinh viên được chọn để tưởng nhớ Perkin. [2][5][6]

Trong cuốn sổ thí nghiệm của Perkin, những dấu vân tay màu mauve vẫn còn trên trang giấy. Năm 1856, bàn tay ấy từng nhìn một chất rắn màu đen trong bình và nghĩ rằng phép thử đã thất bại. [3]

Nguồn

1. William Henry Perkin (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
2. Mauveine (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
3. World's first synthetic dye | Science and Industry Museum (blog.scienceandindustrymuseum.org.uk, nguồn gốc)
4. Historical and modern epidemiological studies on populations exposed to N-substituted aryl compounds - PMC (www.ncbi.nlm.nih.gov, nguồn gốc)
5. SCI America Perkin Medal | Science History Institute (www.sciencehistory.org, bài viết)
6. Imperial students celebrate in largest ever Postgraduate Graduation Ceremonies | Imperial News | Imperial College London (www.imperial.ac.uk, bài viết)
7. Mauve with the times | Fiction | The Guardian (www.theguardian.com, bài viết)
8. edition.cnn.com (edition.cnn.com, bài viết)
9. DServe Archive Persons Show (web.archive.org, bài viết)
10. Welcome to William Perkin - William Perkin C of E High School (web.archive.org, bài viết)

Ảnh minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu; không mô tả khuôn mặt người thật.