Ở thế kỷ 21, so với máy phát điện thủ công, khái niệm điện phân có lẽ phổ biến hơn một chút. Đặc biệt là điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, đây là một phản ứng hóa học thực nghiệm cơ bản đến mức không thể cơ bản hơn.

Trong thí nghiệm điện phân, cực âm sẽ xảy ra phản ứng khử và nhận electron. Trong khi đó, cực dương sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa và mất electron.

Khi phản ứng điện phân xảy ra, một số muối của kim loại hoạt động mạnh (không chứa oxy) sẽ kết tủa ở cực âm. Còn muối chứa oxy của kim loại kém hoạt động thì sẽ tạo thành axit ở cực dương.

Ngoài ra, sau khi phản ứng điện phân xảy ra, cực âm còn sinh ra chất rắn và khí có tính khử.

Về phần lựa chọn cực âm và cực dương... Trong điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, phương pháp thường gặp là dùng đồng làm cực âm và than chì làm cực dương. Tất nhiên, nếu là điều kiện bình thường, thực ra dùng hai thanh than chì cũng không ảnh hưởng gì nhiều.

Tuy nhiên, điện phân dung dịch muối ăn bão hòa có một điểm khá đặc biệt, đó là khí Clo dễ dàng phản ứng với NaOH. Cụ thể là: 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O.

Vì vậy, trong công nghiệp hiện đại, người ta thường dùng màng ngăn xốp có tính thấm để tách biệt buồng cực dương và cực âm, tránh cho hai chất tiếp xúc với nhau.

Nhưng Đại Tống lúc này hiển nhiên không thể làm được kỹ thuật này, vì thế Từ Vân nghĩ đến... cầu muối.

Trong sân.

Sau khi chuẩn bị xong vật liệu cho máy phát điện, Từ Vân quay sang hỏi Lão Tô:

"Lão gia, không biết khối tinh thể màu trắng mua từ tiệm ô mai ở đâu ạ?"

Lão Tô chỉ vào cái túi bên trái, đáp:

"Chính là cái túi đó. Tiểu Vương, nếu lão phu đoán không lầm, đây hẳn là quặng diêm tiêu?"

Từ Vân tiến đến mở túi ra, cẩn thận quan sát rồi khẳng định:

"Không sai, đúng là quặng diêm tiêu. Cháu nghe lão hán kia nói chuyện có chút giọng Hà Tây, chắc hẳn số quặng diêm tiêu này được vận chuyển từ Hà Tây tới."

Lão Tô gật đầu như có điều suy nghĩ, nói:

"Thì ra là vậy, thảo nào Nguyên Niên về kể lại, đôi vợ chồng kia ban đầu còn tưởng nó là thám tử của đối thủ cạnh tranh, thậm chí đòi báo quan. Mãi sau nó đành phải lộ ra lệnh bài của Quận Công Phủ, lại mời cả nha dịch trên phố làm chứng, đối phương mới chịu bán cho nó một ít tinh thể đó, giá cũng không hề rẻ."

Từ Vân hài lòng lắc nhẹ khối diêm tiêu trong tay, nói:

"Diêm tiêu chất lượng thế này, đắt cũng phải. Có thể tiết kiệm được khối công sức rồi."

Trước đó, khi thấy tiệm ô mai có nước ô mai ướp lạnh, Từ Vân đã nghĩ đến hai khả năng làm lạnh của lão hán. Một là hầm băng, hai là quặng diêm tiêu. Khả năng hầm băng không lớn lắm, dù sao ở thời đại này, chi phí làm hầm băng không hề thấp, chỉ có các gia đình quyền quý mới đủ điều kiện xây hầm để chứa băng. Vì thế, dù Từ Vân không dám khẳng định đối phương chắc chắn có quặng diêm tiêu, nhưng anh cũng nắm chắc đến bảy tám phần.

Và có quặng diêm tiêu thì có thể điều chế nitrat kali.

Nitrat kali là một loại cầu muối thông dụng. Cầu muối là một loại vật liệu có khả năng nối hai dung dịch điện phân trong cốc, giúp các ion âm và dương có thể tự do di chuyển từ cực âm sang cực dương.

Với cầu muối nitrat kali, nó có thể ngăn chặn tối đa phản ứng giữa khí Clo và NaOH hình thành trong bể điện phân nước muối, từ đó đẩy mạnh việc sản xuất khí Clo.

Việc điều chế nitrat kali cũng rất đơn giản: Trước hết, hòa tan quặng diêm tiêu vào nước, sau đó loại bỏ bùn cát. Đun nóng cô đặc, làm lạnh sẽ thu được tinh thể KNO3. Tinh thể nitrat kali có tính tan rất mạnh, vì vậy chỉ cần hòa tan những tinh thể này vào nước là đã có thể tạo thành một loại cầu muối rồi.

Sau khi hoàn tất nhiều công tác chuẩn bị ban đầu.

Từ Vân cho muối tinh do Tạ lão quản gia chuẩn bị vào nước, rồi dùng đũa thủy tinh khuấy đều. Rất nhanh, dung dịch bắt đầu hơi vẩn đục.

Từ Vân nhìn về phía Lão Tô:

"Lão gia, làm phiền ngài lấy cái phễu lọc ra giúp cháu."

Lão Tô, dù không rõ ý đồ thao tác của Từ Vân, vẫn đưa cho anh một cái phễu có trải băng gạc.

Tí tách ——

Từ Vân đổ dung dịch đục xuống. Nhờ lớp băng gạc giữ lại, một số tạp chất khó tan đã được loại bỏ.

Tiếp đó, anh lại chia dung dịch đã lọc thành hai cốc lớn, tạm thời gọi là cốc A và cốc B. Vâng, chỉ là những chiếc cốc bình thường.

Sau đó, anh đặt cốc A vào thiết bị điện phân – thiết bị này không quá khác biệt so với thiết bị điện phân nước muối bão hòa ở thời hiện đại. Trong đó, cực dương có một ống dẫn, nối tới một vật chứa nước khác.

Lúc này, con lừa đã kéo dây cót tích đầy năng lượng. Từ Vân vừa khởi động công tắc, trục quay liền nhanh chóng bắt đầu xoay tròn.

Dung dịch anh chuẩn bị lần này có thể tích khoảng một lít. Căn cứ phương trình Nernst, có thể tính toán ra điện áp lý thuyết để điện phân thành công là 13V. Vì thế, anh thiết kế số vòng dây hiệu dụng của máy phát điện là 17 vòng.

Dù thiết kế số rãnh trục quay là 2, tốc độ quay 300 vòng/phút, tính toán ra giá trị chính xác là 15.7, theo lý mà nói hẳn là 16 vòng. Tuy nhiên, xét đến chất lượng dây đồng và hiệu quả dẫn điện thời cổ đại, anh vẫn chọn thêm một vòng dây nữa cho an toàn. Dù sao điện áp điện phân không quá 30V thì về cơ bản không có vấn đề gì.

Sau khi mọi thứ chuẩn bị xong, cốc A bắt đầu điện phân.

Mặc dù lúc này trong dung dịch vẫn còn không ít tạp chất như magie clorua, natri sulfat, khiến dung dịch trông không được tinh khiết lắm. Nhưng mục đích chính của Từ Vân lần này là thu thập khí, mà trong dung dịch NaCl chiếm phần lớn, nên về cơ bản sẽ không bị các ion dương khác ảnh hưởng.

Nhân tiện nói thêm. Khái niệm này thoạt nhìn có vẻ dễ hiểu, nhưng thực tế lại liên quan đến các khái niệm như quá thế và năng lượng tự do Gibbs.

Như một kiến thức mà mọi người đều biết ở cấp trung học: điện phân axit sulfuric loãng tương đương với điện phân nước. Nhưng trong lĩnh vực chuyên ngành... hay nói đúng hơn là ở cấp đại học, cách nói này thực ra là sai lầm.

Bởi vì trong phạm vi cấp ba, thứ tự phóng điện của ion H+ (trong nước) được xếp trước gốc axit chứa oxy, do đó gốc axit chứa oxy không bị phóng điện. Nhưng trên thực tế, do sự tồn tại của quá thế, trong quá trình này sẽ xảy ra phản ứng phụ tạo ra H2S2O8, vượt quá thế điện cực tiêu chuẩn 2.01V, hình thành hiện tượng quá thế. Vì thế, điện phân axit sulfuric loãng thực chất vẫn không hoàn toàn giống điện phân nước.

Quay trở lại vấn đề chính.

Với điện năng được truyền vào, NaCl trong cốc A nhanh chóng được điện phân. Cực âm tạo ra khí Hydro, cực dương tạo ra khí Clo. Những khí này thoát ra, được dẫn qua ống thủy tinh vào một thùng chứa đặt trong bóng tối, tránh ánh sáng. Khí Clo lắng xuống dưới, khí Hydro nổi lên trên.

Đốt cháy, miệng bình xuất hiện khói trắng. Những khói trắng này lại được ống thủy tinh dẫn vào một thùng nước khác, hòa tan cùng với nước.

Cứ như vậy, một phần axit clohydric có nồng độ tương đối cao đã được điều chế thành công.

Đến đây có thể có người hỏi: "Không đúng, khí Clo trực tiếp tan trong nước chẳng phải cũng thu được axit clohydric sao, vì sao phải làm phức tạp như vậy?"

Nguyên nhân rất đơn giản: Khí Clo tạo ra từ phản ứng điện phân tan trong nước cũng có thể tạo ra axit clohydric, nhưng loại phản ứng này thực chất tạo ra dung dịch nước clo hỗn hợp. Trong đó, ngoài axit clohydric, còn có rất nhiều ion khác như Cl2, H2O, HClO, H+, ClO-, Cl-, OH-. Phản ứng không những thuận nghịch, mà nồng độ axit clohydric cũng rất thấp. Về mặt hiệu quả, nó kém xa so với axit clohydric mà Từ Vân điều chế.

Tất nhiên, nhắc nhở thêm lần nữa, không nên tự ý dùng khí Clo và khí Hydro phản ứng với nhau, nếu không rất dễ gây nổ.

Quay trở lại câu chuyện chính.

Sau khi hoàn tất các thao tác, Từ Vân cất giữ cẩn thận lượng axit clohydric đã điều chế. Nhìn sang Lão Tô bên cạnh, Từ Vân không vội vàng làm động tác tiếp theo, mà hỏi:

"Lão gia, không biết có thể cho người bắt mấy con gián tới không ạ?"

"Gián ư? Ngươi muốn thứ đó làm gì?"

"Cháu có việc riêng cần dùng đến."

Lão Tô hôm nay đã chứng kiến không ít thao tác lạ lùng của Từ Vân, thấy vậy cũng không truy hỏi thêm, chỉ nhìn sang Tạ lão quản gia bên cạnh rồi phân phó:

"Nguyên Niên, ngươi mau cho người đi bắt một ít gián về đây."

Tạ lão quản gia gật đầu, xoay người đi sắp xếp người làm.

Đã từng được nhắc đến từ rất sớm. Loài gián này đã xuất hiện trên Trái Đất hàng trăm triệu năm, lịch sử còn lâu đời hơn cả khủng long, thậm chí có thể nói là một trong những sinh vật tồn tại lâu nhất trên hành tinh. Thêm vào đó, trình độ vệ sinh của triều Tống kém xa so với thời hiện đại, lại đúng vào mùa hè, nên gián tự nhiên cũng xuất hiện khắp nơi.

Vì thế, không bao lâu sau, Tạ lão quản gia đã cầm một cái bình thủy tinh quay trở lại:

"Lão gia, Vương ca nhi, gián đã bắt được rồi ạ."

Từ Vân nhận lấy bình thủy tinh xem xét, lập tức bật cười. Chà chà. Lại là gián Mỹ, to khỏe như rồng vậy.

Lúc này, mấy con gián Mỹ đó đang giương nanh múa vuốt trong bình, hiển nhiên là nhà Lão Tô ăn uống không tồi.

Sau đó, Từ Vân đặt bình thủy tinh nằm ngang, ra hiệu Lão Tô tránh ra một chút. Anh mở miệng bình, cầm axit clohydric đổ thẳng vào.

Bề mặt của gián có một lớp protein (hoặc kitin). Axit clohydric có tính ăn mòn và phá hủy lớp chất này mạnh nhất trong số các axit, vì vậy axit clohydric thực chất cũng là một loại hóa chất diệt gián và khử trùng vô cùng hiệu quả.

Két két ——

Khi axit clohydric được đổ vào, đám gián ban đầu hỗn loạn, bò lổm ngổm khắp nơi trong bình. Nhưng rất nhanh, lớp vỏ bên ngoài của chúng liền bị axit clohydric ăn mòn, rách toạc. Chỉ trong chưa đầy vài phút, chúng đã... chết ngắc.

Chứng kiến cảnh này, Lão Tô bỗng nhiên co rút đồng tử, kinh hãi nói:

"Cái này... Sao có thể? Muối ăn lại có độc sao?"

Từ Vân thấy vậy mỉm cười, không nói gì. Phản ứng của Lão Tô nằm trong dự đoán của anh, hay nói thẳng ra, đây cũng là một trong những mục đích của anh: Ở thời cổ đại, khi nhận thức về thế giới vi mô gần như không có gì, thì không có gì gây sốc hơn việc tách ra một chất 'cực độc' từ muối ăn mà người ta dùng hàng ngày.

Chờ sau khi công việc anh đang làm hoàn tất, Lão Tô tất nhiên sẽ hỏi anh một vài vấn đề, và chắc chắn sẽ liên quan đến lĩnh vực vi mô. Có một ví dụ nhãn tiền như vậy làm bằng chứng, hiển nhiên những điều nói ra sẽ dễ khiến người ta tin phục hơn.

Tiếp đó, Từ Vân cất giữ axit clohydric đã điều chế, rồi cầm lên một thứ khác mà Lão Từ đã chuẩn bị: Độc trọng thạch.

Độc trọng thạch là một loại khoáng vật chứa bari. Trong công nghiệp đời sau, nó thường được dùng để điều chế bari clorua từ quặng độc trọng thạch nhằm giải độc (axit).

Từ Vân rửa sạch độc trọng thạch đã được nghiền thành bột, rồi cầm một chiếc thìa nhỏ, cho chúng vào dung dịch axit clohydric.

Nửa canh giờ sau, một bình dung dịch hỗn hợp đã được điều chế thành công.

Từ Vân lại bắt đầu cho NaOH vào – đây là một trong những sản phẩm của quá trình điện phân trước đó. Mặc dù trong đó có các ion dương khác, nhưng bản thân chúng là sản phẩm mục tiêu nên về cơ bản sẽ không ảnh hưởng đến quá trình phản ứng.

Để mỗi công đoạn đan xen một cách hoàn hảo như vậy, Từ Vân quả thực đã tốn không ít tâm sức.

Mọi người đều biết: Trong dung dịch độc trọng thạch, khi Fe3+ kết tủa hoàn toàn thì pH là 3.2; khi Mg2+ kết tủa hoàn toàn thì pH là 11.1; khi Ca2+ kết tủa hoàn toàn thì pH là 13.9.

Vì thế, Từ Vân về cơ bản không cần quan tâm đến số liệu pH thời gian thực, chỉ cần quan sát sự thay đổi của quá trình kết tủa là xong.

Thêm một canh giờ nữa trôi qua. Sau khi thêm NaOH và loại bỏ tạp chất, một bình dung dịch bari clorua tiêu chuẩn đã được điều chế.

Đến bước này, phần còn lại cũng rất đơn giản, đó chính là... khái niệm chiết xuất muối thô ở cấp trung học.

Đầu tiên, cho lượng dư BaCl2 vào để loại bỏ ion gốc sulfat. Phản ứng là: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl.

Tiếp theo, cho lượng dư NaOH vào để loại bỏ ion Magie: MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaCl.

Bước thứ ba, cho soda hay còn gọi là natri cacbonat vào – thứ này rất phổ biến trong ngành sản xuất thủy tinh. Mục đích là để loại bỏ ion canxi và ion bari trong BaCl2 dư.

Cuối cùng, cho HCl vào để loại bỏ NaOH dư – quá trình này nếu có điều kiện thì có thể dùng giấy quỳ để quan sát lượng axit clohydric cần thiết, không có điều kiện thì cứ cho một lượng kha khá vào rồi làm bay hơi là được.

Thêm một canh giờ nữa, một lượng lớn tinh thể NaCl đã được tách ra.

Từ Vân cân xong liều lượng, hòa tan chúng vào nước. Cứ như vậy, một dung dịch nước muối sinh lý đạt chuẩn đã chính thức ra đời vào năm Công nguyên 1100.

Trong khi đó, nhìn Từ Vân đang cặm cụi pha chế thuốc tiêm từ tỏi, Lão Tô cuối cùng không kìm được sự tò mò:

"Tiểu Vương, vì sao nước muối sau khi xử lý như vậy lại có thể tạo ra vật chất kịch độc đến thế?"

Mọi nỗ lực biên tập cho đoạn truyện này đều thuộc về truyen.free, kính mong quý độc giả ủng hộ.