Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Từ ngày hôm nay 4rum sẽ bắt đầu có chế độ điểm thưởng Smile

Đầu tiên điểm thưởng để làm gì Smile

khi có điểm thưởng bạn sẽ có thể dùng nó để mua tài sản cho mình (khoảng vài ngày nữa sẽ có shop bán tài sản trong 4rum) nhớ là mua vừa phải mà đủ để người ta …

LỊCH SỬ TÌM RA BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Bảng tuần hoàn ngày nay rất quan trọng trong học tập và nghiên cứu. Bài viết này sẽ đưa chúng ta quay trở lại lịch sử để tìm hiểu rõ hơn về nguồn gốc ra đời bảng tuần hoàn.

Một trong số những dạng bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học quen thuộc

1. Mở đầu:
Các tài liệu, di chỉ lịch sử và triết học đã chứng minh một điều rằng đối với các ngành khoa học tự nhiên thì sự phát triển tư duy, tư tưởng các học thuyết và kiến thức khoa học xảy ra chậm hơn so với sự phát triển tri thức của con người. Hoá học đã trải qua hàng nghìn năm lịch sử nhưng trong suốt một thời gian dài của thời kì cổ đại và trung đại - thời kì Tiền hoá học thì Hoá học chỉ đạt được mức độ phát triển ở một “thuật, ngành” và được biết đến với cái tên Giả kim thuật (Alchemy).

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH2

Kí hiệu một số nguyên tố thời Trung Cổ (kí hiệu của các nhà Giả kim thuật

Đây là thời kì mông muội của loài người về những nhận biết, cảm giác với tri thức hoá học xung quanh. Dựa trên các văn bản cổ đại người ta đã biết từ thời kì cổ đại con người đã biết đến chín nguyên tố hoá học (vàng, bạc, đồng, chì, thiếc, sắt, thuỷ ngân, lưu huỳnh, cacbon) và đến đầu thế kỉ XVIII thì biết thêm một số nguyên tố mới là photpho, asen, antimon, bitmut và kẽm.
Trong thời kì Giả kim thuật đã có hàng loạt những học thuyết duy tâm, chủ quan đã được đề ra và được đa số những nhà giả kim công nhận - chính những sự ngộ nhận về các học thuyết đó đã kìm hãm sự phát triển của Hoá học trong nhiều thế kỉ. Mãi cho đến giữa thế kỉ XVIII thì những học thuyết mới của Antonie Laurent Lavoisier và Mikhail Vasil'evich Lomonosov với những tư tưởng, cách nhìn nhận mới về hoá học - đặc biệt là sự hình dung ra khái niệm nguyên tố hoá học ra đời đã đánh dấu một mốc phát triển mới của hoá học - đưa nó lên một tầm cao mới, chính thức trở thành một ngành khoa học thực thụ.

Trải qua hơn một trăm năm nữa, số lượng nguyên tố hoá học được con người biết đến đã là khoảng 60 nguyên tố và sự xuất hiện thiên tài hoá học Dmitri Ivanovich Mendeleev với một đóng góp vĩ đại cho hoá học là việc xây dựng thành công bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học (1869) để sắp xếp các nguyên tố hoá học theo những quy luật nhất định và dự đoán sự tồn tại của những nguyên tố mới đã góp phần giúp hoá học chuyển giao sang một thời kì mới - thời kì Hoá học hiện đại.

2. Lịch sử của bảng Hệ thống tuần hoàn (HTTH)
2.1 Một yêu cầu cấp bách của hóa học thế kỉ XIX:
Sau khi hàng loạt học thuyết của các nhà hóa học tân thời cuối thế kỉ XVIII - đầu thế kỉ XIX ra đời đã đánh đổ hoàn toàn những tư tưởng sai lầm, lệch lạc ở các nhà hóa học đương đại. Hóa học như được thoát ra khỏi sợi xích của những tư tưởng "cổ hủ" để băng băng tiến về phía trước, trên con đường trở thành một khoa học hoàn thiện. Trong thế kỉ XIX - thế kỉ của Khoa học và Kĩ thuật, hàng loạt những phát hiện mới trong hóa học đã được ra đời, đánh dấu nhiều mốc quan trọng trên chặng đường phát triển của ngành khoa học thú vị này.

Cũng thời gian này, chủ nghĩa tư bản (capitalism) phát triển mạnh mẽ, nhiều ngành kinh tế mới đòi hỏi được đáp ứng đầy đủ và cung cấp thêm những nguyên, nhiên liệu mới. Chính vì vậy công cuộc khai thác, phân tích, tinh chế những chất hóa học có lợi trong các khoáng sản, quặng,... đã trở thành một yêu cầu bức bách. Do đó nhiều phương pháp phân tích hóa học mới đã ra đời, kéo theo một hệ quả là hàng loạt nguyên tố mới đã được tìm ra trong thời kì đầu thế kỉ XIX. Sau đây là một số ví dụ:

- Năm 1803: ba nhà hóa học Berzelius - Hisingger - Claprot cùng thời gian đã tìm ra nguyên tố xeri (Ce).
- Năm 1807 - 1808: Humphry Davy (nhà vật lí - hóa học người Anh) với kĩ thuật phân tích điện hóa đã tìm ra 5 nguyên tố mới Na, K, Mg, Ca và Sr. Cũng trong năm 1808, L. Thenard và J. Gay Lussac (Pháp) đã tìm ra nguyên tố bo (B).
- Năm 1817 và 1823: Liên tiếp hai nguyên tố mới selen (Se) và silic (Si) lại được phát hiện nhờ công lao của Jöns Jakob Berzelius - thiên tài hóa học người Thụy Điển.
- Năm 1825: Nhà vật lí người Đan Mạch H. Oersted đã tìm ra nguyên tố nhôm (Al).
- Năm 1831: Sefström - nhà hóa học người Thụy Điển nhờ một chút may mắn đã được ghi nhận là người đầu tiên phát hiện ra nguyên tố vanađi (V) mặc dù nguyên tố này đã được biết đến trước đó hàng chục năm…

Nhiều nguyên tố mới được tìm ra, lại một vấn đề quan trọng là liệu có thể sắp xếp chúng theo một quy luật, trật tự nhất định nào đó, nhằm tìm ra những tính chất chung và phân loại các đơn chất, hợp chất không? Đây là một vấn đề cực kì quan trọng vì nó sẽ giải quyết được nhiều câu hỏi như:

[?]Còn có nguyên tố nào chưa được tìm ra không?
[?]Những nguyên tố nào có tính chất tương tự nhau, liệu ứng dụng của chúng trong thực tiễn có như nhau hay không?
Chính những yêu cầu này đã khiến cho các nhà hóa học thời bấy giờ cùng nhau thúc đẩy tư duy để sắp xếp các nguyên tố lại. Và đã có nhiều quy luật được đưa ra.
- Quy tắc tam tử:
Năm 1817, Johann W. Döbereiner nhận thấy trọng lượng của nguyên tử Sr rơi vào khoảng trọng lượng của Ca và Ba - hai nguyên tố hóa học có tính chất khá tương đồng với nhau. 12 năm sau, ông lại quan sát thấy những quy luật như vậy trong các nhóm halogen (Cl, Br, I) và nhóm kim loại kiềm (Li, Na, K), từ những quan sát này ông đã chia một số nguyên tố được phát hiện trước đó thành những nhóm 3 nguyên tố và gọi chúng là những "bộ ba" (tam tử).
- Tính chất chứa đựng trong các "bộ ba" là nguyên tố nằm giữa có tính chất bằng trung bình cộng tính chất của hai nguyên tố nằm cạnh nó, thứ tự các nguyên tố được sắp xếp theo sự tăng dần trọng lượng nguyên tử.

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH3

Quan niệm "bộ ba" của Johann W. Döbereiner

Quan niệm về "bộ ba" không được chấp nhận do sự phát hiện ra những nhóm mới gồm 4 nguyên tố (nhóm chancogen: O, S, Se, Te) hay 5 nguyên tố (đồng đẳng của nitơ: N, P, As, Sb, Bi).
- Thập kỉ 60 - 70 của thế kỉ XIX, quan niệm về sự tuần hoàn tính chất các nguyên tố (ở trạng thái đơn nguyên tử, đơn phân tử hay hợp chất) đã ra đời, đánh một dấu mốc trong tư duy logic mới của các nhà hóa học. Đi tiên phong cho quan niệm này là A. Béruyer De Chancuortois (1862), ông đã có nhận định được các nguyên tố có một liên quan về mặt tính chất với nhau. Ông dùng mô hình đinh vít để sắp xếp các nguyên tố với nhau.

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH4

Mô hình đinh vít của A. Béruyer De Chancuortois

- Trong mô hình này các nguyên tố của một "họ" nằm trên cùng một đường sinh của hình trụ được chia thành 16 đơn vị, con số này đã được gắn là khối lượng của oxi.

Trong khoảng 1864 - 1865, J. Newlands đã dựa trên những quan niệm của Chancuortois để xây dựng một hệ thống mới, cũng dựa trên sự tăng dần khối lượng nguyên tử các nguyên tố. Ông chia các nguyên tố đã biết thành 7 nhóm, mỗi nhóm gồm 8 nguyên tố, đứng đầu mỗi nhóm là 1 trong 7 nguyên tố nhẹ nhất đã được xác định thời bấy giờ là H, Li, Be (Gl), B, C, N và O.

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH5

Sự sắp xếp các nguyên tử theo quan niệm của J. Newlands

Chú thích: Gl là kí hiệu trước đây của Be.

Newlands đã quan niệm sự phân chia, sắp xếp các nguyên tố như bảy nốt trong thang âm nhạc. Từ Li đến Na là một quãng tám (bát độ, octave) của 8 nguyên tố, nguyên tố thứ 8 lặp lại tính chất cơ sở của nguyên tố đầu tiên. Quy tắc của ông được gọi là "định luật quãng tám" (tên gốc TA: Newlands' Octaves).

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH6

Sự sắp xếp trên thang âm nhạc

Ông nói rằng từ Li đến Na là một chu kì của 8 nguyên tố, trên Li và Na là các chu kì khác. Tuy nhiên đến chu kì thứ 4 của Co/Ni thì đã xảy ra lỗi. Vậy là lại một hệ thống nữa ra đời nhưng vẫn chưa thể sắp xếp được chính xác các nguyên tố theo một trật tự nhất định, đồng nhất.

Chúng ta chờ đợi tiếp tiếp sự ra đời của một hệ thống hoàn chỉnh hơn ở bài viết tiếp theo.

2.2 Mendeleev - Thiên tài nước Nga và phát minh vĩ đại nhất lịch sử hóa học:
Trong ít nhất 5 năm tiếp xúc với môn Hóa học (từ lớp 8 - 12) chắc hẳn không bạn học sinh nào thấy lạ với hình ảnh của bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Chúng ta thường được biết đến bảng này với cái tên ngắn gọn hơn là "bảng Mendeleev", ai cũng biết việc đặt tên này là để ghi nhận công lao đã tìm ra bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleev.

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học HINH8

Năm 1864, Mendeleev bắt tay vào nghiên cứu phân loại các nguyên tố hóa học, lúc này số lượng nguyên tố hóa học được con người tìm ra đã đạt đến con số 63. Khi ông viết cuốn "Nguyên lí hóa học" ông đã phát hiện rằng các sự vật có một mối liên quan nào đó với nhau chứng tỏ rằng giữa các nguyên tố - là những yếu tố cơ bản sáng tạo nên vật chất sẽ có liên hệ bởi một quy luật biến hóa thống nhất. Để phát hiện quy luật này ông đã dùng 63 chiếc thẻ làm đại diện cho 63 nguyên tố đã biết, với 63 chiếc thẻ này hàng ngày ông sắp xếp chúng theo các quy luật, trật tự khác nhau những mong tìm ra một mối quan hệ chung cho tất cả các nguyên tố nhưng xem chừng công việc có vẻ vô vọng.

Đang trong những bế tắc thì một lần tình cờ ông phát hiện ra rằng nếu sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần của nguyên tử lượng thì sẽ xuất hiện sự biến hóa tính chất liên tục đến độ kì diệu, cứ như là biến hóa của một bản giao hưởng tuyệt vời. Ông không thể giấu nổi niềm vui sướng trước phát hiện mới này và ông tin chắc rằng quy luật này chính là mối quan hệ của tất cả các nguyên tố mà ông hay là các nhà hóa học khác đã cố công tìm kiếm bao lâu nay.

Lúc này đây Mendeleev giống như người đang lạc giữa mê cung của những suy nghĩ tưởng chừng như không có lời giải đáp bỗng nhiên tìm được chiếc chìa khóa để mở lối ra. Ông bắt tay vào xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh, và khi quan sát các vị trí còn trống trong bảng hệ thống tuần hoàn của mình, ông đã dự đoán rằng sẽ còn những nguyên tố mới chưa được tìm ra.

Và dự đoán này chính là một trong những tư duy thiên tài của Mendeleev, đóng góp quan trọng vào việc giúp bảng HTTH Mendeleev đứng vững trước những phản biện từ giới khoa học thời bấy giờ.

2.3 Thực nghiệm và những tiên đoán thiên tài của Mendeleev - Một thời kì hóa học mới lại mở ra:
Tin tưởng vào phát hiện của mình, Mendeleev đã gửi cho các cơ quan có thẩm quyền và các nhà hóa học trên thế giới những ý kiến về sự sắp xếp mới cho các nguyên tố hóa học và những dự đoán về các nguyên tố mới (gồm 10 nguyên tố, trong đó có 3 nguyên tố số 21, 31 và 32 được ông miêu tả khá tỉ mỉ về tính chất vật lí của đơn chất và một số hợp chất của chúng, 7 nguyên tố còn lại do vị trí của chúng trong bảng HTTH không thuận lợi cho việc tiên đoán nên ông chỉ mới ước lượng được khối lượng nguyên tử), ngoài ra ông còn đính chính lại khối lượng nguyên tử của một số nguyên tố hay hóa trị nguyên tố mà trước đó theo ông là đã bị xác định sai! Kiên trì chờ đợi những phản hồi có tính tích cực nhưng suốt mấy năm trời những tiên đoán của Mendeleev cũng không được chấp nhận do còn chưa được thực nghiệm xác minh tính chính xác, tuy nhiên ông giữ vững niềm tin và kiên trì chờ đợi sự ra đời của những nguyên tố mình đã tiên đoán. Và rồi điều Mendeleev mong chờ cuối cùng cũng đã đến.

Ngày 27.08.1875, nhà hóa học người Pháp P.E. Lecoq De Boisbaudran đã gửi thư thông báo đến viện Hàn lâm khoa học Paris về việc đã tìm ra một nguyên tố mới trong quặng kẽm trắng ở Pyrenees (Pháp), nguyên tố này được phát hiện bằng phương pháp phân tích quang phổ (spectrographic analysis). Boisbaudran gọi nguyên tố mới này là Gali (Gallium), xuất phát từ tên Gaule - tên nước Pháp (cũ). Sau khi kiểm nghiệm lại, viện Hàn lâm khoa học Paris đã đăng trên tạp chí của mình và đến khoảng tháng 11.1875 thì tạp chí này đến nước Nga, và Mendeleev quá vui mừng khi đọc được bài báo này bởi nguyên tố Gali có rất nhiều tính chất giống với tính chất của nguyên tố eka-nhôm (eka-aluminium) với số hiệu nguyên tử là 31 mà cách đấy mấy năm ông đã dự đoán được.

Tuy nhiên có 1 số điểm khác biệt về những số liệu mà Mendeleev đã tiên đoán với những số liệu mà Boisbaudran đã tính được bằng thực nghiệm. Theo như nhà hóa học Pháp thì Gali có tỉ khối là 4,7 và khối lượng nguyên tử là 59,72 trong khi theo như những tiên đoán của Mendeleev thì eka-nhôm có tỉ khối khoảng 6,0 và khối lượng nguyên tử là khoảng 68.

Tin tưởng vào những tiên đoán của mình, Mendeleev đã gửi một bức thư cho Boisbaudran nói về những nghiên cứu trong việc sắp xếp các nguyên tố của mình và những tiên đoán trước đây, ông còn góp ý với Boisbaudran về việc đo lại các số liệu về tỉ khối và khối lượng nguyên tử của Gali. Vốn dĩ cũng là người quan tâm đến việc sắp xếp các nguyên tố hóa học và phân lập các chất hóa học, Boisbaudran đã đồng ý tiến hành kiểm tra lại các số liệu đã tính được trước đây và thật bất ngờ, kết quả xác minh lại cho thấy khối lượng nguyên tử của Gali là 69,72 và tỉ khối là 5,904, rất gần với những tiên đoán của Mendeleev! Và để bày tỏ lòng ngưỡng mộ, tôn kính với thiên tài của Mendeleev, Boisbaudran đã gửi tặng ông món quà kèm bức ảnh với dòng chữ:"Xin gửi Ngài lòng kính trọng sâu sắc và ước ao được Ngài nhận là bạn."
Dự đoán thành công của Mendeleev với trường hợp Gali đã làm cho giới khoa học thời bấy giờ xôn xao vì những nhận định của ông đã bị lãng quên trước đó. Nhiều nhà khoa học đã có lời chúc mừng đến Mendeleev với những tiên đoán thành công của ông, và bảng hệ thống tuần hoàn (HTTH) đã được dịch ra nhiều thứ tiếng, thu hút sự quan tâm của nhiều người. Không chỉ dừng lại ở đó, những năm sau đó các tiên đoán của Mendeleev đã lần lượt được thực nghiệm xác minh.

Năm 1879, nhà hóa học Thụy Điển L. Nilson đã tìm ra một nguyên tố mới được đặt tên là Scanđi (Scandium), kí hiệu là Sc. Nguyên tố mới này có nhiều tính chất giống với nguyên tố eka-bo (vị trí số 21 trong bảng HTTH) mà Mendeleev đã từng tiên đoán, những năm sau đó các kết quả thực nghiệm của P. Cleve (Thụy Điển) và W. Fischer (Đức) đã chứng thực được những tiên đoán của Mendeleev phù hợp với thực nghiệm. Năm 1886, nguyên tố eka-silic (vị trí số 32) cũng đã được tìm ra, đó là nguyên tố Gemani (Germanium) với kí hiệu Ge, do nhà hóa học người Đức C. Winkler phát hiện ra trong khoáng vật agorođit (argyrodite).

Với sự kiện nguyên tố Ge và eka-silic (được Mendeleev tiên đoán từ sự tồn tại trước đó... 15 năm!) có những tính chất vật lí và hóa học gần như tương đồng với nhau đã chứng tỏ một điều rằng những tiên đoán của Mendeleev là có cơ sở và rất phù hợp với thực tế. Bảng HTTH của Mendeleev đã được giới khoa học công nhận, trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực cho các nhà hóa học trên con đường phát hiện ra những nguyên tố mới.

Hơn 100 năm sau, bảng HTTH của Mendeleev vẫn được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Mendeleev còn trải qua nhiều thử thách khi gặp các trường hợp đi ngược lại với các tiên đoán của mình như trường hợp sắp xếp vị trí của Ar và K trong bảng HTTH nhưng ông vẫn kiên định giữ vững những lập trường của mình và đưa ra những lí lẽ phù hợp (với khoa học thời kì đó) để giải thích.

Đến đầu thế kỉ XX nhờ sự phát triển của Vật lí hiện đại người ta đã chứng minh được quy luật sắp xếp của Mendeleev là ứng với sự tăng dần điện tích hạt nhân.
Định luật tuần hoàn và bảng HTTH ra đời đã mở ra một chương mới cho hóa học, từ đây các nhà hóa học đã có thể tìm được sợi dây liên hệ giữa các nguyên tố và các hợp chất của chúng với nhau.

Giờ đây chúng ta quay trở lại giải quyết câu hỏi tại sao các tiền nhân đi trước ông lại thất bại trong việc tìm ra hệ thống tuần hoàn này? Phải chăng là do họ thiếu may mắn hơn Mendeleev? Không thể phủ nhận một điều rằng việc tìm ra HTTH cũng có một phần may mắn nhưng đó không phải là yếu tố quyết định. Chính bởi vì các nhá hóa học đi trước chỉ dành tập trung vào những nguyên tố hóa học có tính chất giống nhau còn Mendeleev thì lại nghiên cứu mối quan hệ chung, những quy luật chung kết nối các nguyên tố với nhau, đó chính là thiên tài của ông.

Dù vậy, Mendeleev cũng không phải là người đã hoàn toàn thoát khỏi những chi phối cổ hủ của tư tưởng cũ là nguyên tử không thể bị phân chia, chính vì vậy khi các nhà hóa học trẻ tìm ra những nguyên tố phóng xạ thì ông không dựa trên những vấn đề lí thuyết mới này để phát triển hệ thống nguyên tố của mình mà liên tục đưa ra những tư tưởng phủ định các hiện tượng đã được thực nghiệm xác minh đó, dấu sao cũng là chuyện bình thường trong giai đoạn chuyển giao giữa của hóa học.

.

Tài Sản của nuocxanh1982
Tài sản
Tài sản:

» Bảng hệ thống tuần hoàn
» Lịch sử Việt Nam - Thời Hồng Bàng ( Nước Xích Quỷ )
» Lịch sử Việt Nam - Đàng Ngoài-Đàng Trong ( Trịnh-Nguyễn phân tranh )

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Lịch sử tìm ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Similar topics

Similar topics