Tại sao hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Nhắc đến các nguyên tố hóa học người ta thường nghĩ đến bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Dmitri Mendeleyev. Tấm bảng biểu thị tổ chức của các nguyên tố hóa học này đã ra đời năm 1880, đây là hệ thống duy nhất được công nhận của các nguyên tố cấu thành nên trái đất chúng ta. Hệ thống đó có ý nghĩa vô cùng quan trọng, dựa vào bảng tuần hoàn đó, các nhà khoa học lại phát hiện thêm nhiều nguyên tố mới, bảng tuần hoàn đó luôn là cơ sở cho các nhà hóa học lý giải các nguyên tố cấu tạo nên trái đất và các mối liên hệ qua lại giữa chúng. Hệ thống này còn có đóng góp rất lớn đối với những thiết kế và thao tác trong thí nghiệm hóa học, nó đã đẩy nhanh một cách đáng kể sự lý giải của con người về những nguyên tố cơ bản trong thời kỳ đầu của thế kỷ XX.

Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học đã được xây dựng nên như thế nào?
Năm 1867, ở vào độ tuổi 33, Dmitri Mendeleyev đã trở thành giáo sư hóa học của đại học St. Petersburg. Dmitri Mendeleyev là con út trong gia đình có 14 anh chị em của một người nông dân nước Nga, do đó việc ông trở thành giáo sư hóa học quả là một kỳ tích. Dmitri Mendeleyev có mái tóc rối, râu ria xồm xoàm, đôi mắt đen, sâu và sắc sảo. Ông được các nhà khoa học châu Âu gọi là “người Nga hoang dã”. Năm 1868, Dmitri Mendeleyev bắt đầu bắt tay vào công việc soạn sách giáo khoa hóa học cho các học sinh.

Công việc mới bắt đầu nhưng Dmitri Mendeleyev gặp phải một vấn đề nan giải, đó là làm thế nào để sắp xếp và tổ chức 62 loại nguyên tố đã biết (và vẫn đang tăng lên) để cho mọi học sinh có thể dễ dàng nắm được đặc tính của từng loại. Khi đó Dmitri Mendeleyev đã thu thập được một số lượng, lớn các dữ liệu, các số liệu này ngoài một phần nhỏ trong nghiên cứu của ông ra, đa phần đều được lấy từ nghiên cứu của các nhà khoa học khác, chủ yếu là nhà hóa học người Anh Newland và Meyer cùng De Chancourtois người Pháp.

Dmitri Mendeleyev đã đưa ra tiêu chuẩn phân loại các nguyên tố là: Căn cứ vào trọng lượng của nguyên tử; căn cứ vào đặc tính tương đồng trong cùng một nhóm; căn cứ vào khả năng kết hợp hay không kết hợp được với hidro, oxy và cacbon; căn cứ vào biểu hiện của nguyên tố ở thể rắn, thể lỏng hay thể kí; căn cứ vào độ cứng; căn cứ vào hình dạng tinh thể của nguyên tố. Thế nhưng không có biện pháp nào có thể tổ chức được 62 loại nguyên tố này.

Dmitri Mendeleyev là một người chơi đàn piano rất giỏi, ông nhận ra các nốt nhạc cứ cách một khoảng phím nhất định sẽ được lặp lại một lần, mỗi lần phím số 8 đề là “C”. Ông còn nhận ra các mùa, sóng, thậm chí cả rừng cây đều có chung một đặc trưng là có sự lặp lại một lần cách một khoảng thời gian hoặc một khoảng cách. Lẽ nào điều đó cũng xảy ra đối với các nguyên tố?

Dmitri Mendeleyev viết tên và đặc tính của mỗi loại nguyên tố lên các miếng thẻ, ông bay thẻ ra đầy trên bàn. Sau đó ông sắp xếp các tấm thẻ và ra sức tìm kiếm dấu hiệu lặp lại. Và ông nhanh chóng nhận ra cứ đến nguyên tố thứ 8 là xuất hiện rất nhiều đặc trưng cùng nhóm. Như vậy tức là nguyên tố thứ 8 sẽ có rất nhiều điểm tương đồng với các nguyên tố khác trong nhóm đó. Nhưng hiện tượng đó không phải lúc nào cũng như vậy.

Lại một lần nữa nghiên cứu của Dmitri Mendeleyev rơi vào bế tắc. Vào một mùa hề, ông đột nhiên nhận ra rằng rất có thể những nguyên tố được phát hiện ra chưa phải là tất cả các nguyên tố tồn tại trên trái đất, bảng hệ thống nguyên tố của ông chắc phải tiếp tục bổ sung thêm những nguyên tố chưa biết.

Dmitri Mendeleyev lại quay trở lại với những tấm thẻ, ông xếp chúng thành hàng ngang, dọc. Như vậy, phương thức kết hợp của các nguyên tố trong mỗi hàng dọc với những nguyên tố khác là tương tự nhau và đặc điểm của các nguyên tố trong mỗi hàng ngang cũng tương đồng với nhau.

Tất cả các nguyên tố đã biết đều được trình bay một cách hợp lý trong biểu đồ hai chiều này. Tuy nhiên, Dmitri Mendeleyev buộc phải để ba chỗ trống trong biểu đồ, ông dự định sẽ điền tên của ba nguyên tố mới chưa được phát hiện ra vào mỗi chỗ trống đó. Dmitri Mendeleyev đã căn cứ vào những đặc điểm tương đồng của các nguyên tố đang “mất tích” này. Cả châu Âu đã cười nhạo ông, họ cho rằng sự miêu tả của ông chẳng qua chỉ là những lời nhăng nhít, điên khùng.

Ba năm sau, một trong ba loại nguyên tố mà Dmitri Mendeleyev dự đoán đã được phát hiện ra ở nước Đức. Lúc này, giới khoa học vẫn cho rằng chẳng qua đó chỉ là một sự trùng hợp may mắn mà thôi. Không đầy tám năm sau, hai loại nguyên tố kia cũng lần lượt được phát hiện ra. Hình dạng và tính chất của ba loại nguyên tố này giống hệt như những gì mà Dmitri Mendeleyev đã miêu tả trước kia.


Điều đó đã làm các nhà khoa học trê toàn thế giới phải thán phục, họ công nhận rằng Dmitri Mendeleyev là một, thiên tài vì ông đã giải đáp được vấn đề hóc búa về các nguyên tố hóa học. Từ đó về sau, phát hiện của Dmitri Mendeleyev đã trở thành ngọn đèn soi đường dẫn lối cho các nghiên cứu hóa học.

schoolnet@