Hé lộ về lịch sử hình thành bảng tuần hoàn hóa học đầy thú vị

Các em muốn biết rõ về lịch sử hình thành bảng tuần hoàn hóa học? Click bài viết này của Admin để đọc thông tin hữu ích nhằm bổ sung tri thức cho bản thân nhé!

Các em có đang tò mò muốn tìm hiểu về lịch sử hình thành bảng tuần hoàn hóa học hay không? Trong bài viết này Admin sẽ hé lộ những thông tin bổ ích để các em hiểu hơn về bảng tuần hoàn hóa học nhé! Bắt đầu chủ đề hấp dẫn ngày hôm nay ngay thôi nào!!

Những nỗ lực hệ thống hóa đầu tiên cho bảng tuần hoàn hóa học 

Vào năm 1789, Antoine Lavoisier là người đầu tiên công bố về danh sách gồm 33 nguyên tố hóa học. Các nguyên tố này được ông sắp xếp thành các nhóm là: Chất khí, kim loại, phi kim và đất. Sau đó cả một thế kỷ, với danh sách các nguyên tố này, các nhà khoa học đã cố gắng nghiên cứu để tìm kiếm một cách sắp xếp, phân loại chính xác hơn cho chúng.

Đến năm 1829, Johann Wolfgang Döbereiner đã nhận thấy có nhiều nguyên tố có thể nhóm thành các bộ 3 thông qua tính chất hóa học của chúng. Chẳng hạn như nhóm Lithi, Natri và Kali vào một nhóm các kim loại mềm và dễ xảy ra phản ứng hóa học. Döbereiner cũng đã nhận thấy về việc sắp xếp các nguyên tố hóa học theo khối lượng của nguyên tố thứ 2 trong mỗi bộ ba thường gần bằng trung bình cộng của 2 nguyên tố còn lại trong bộ ba. Đây chính là một trong những tiền đề hình thành nên định luận bộ ba nguyên tố.

Sau đó, Leopold Gmelin một nhà khoa học người Đức đã làm nghiên cứu về hệ thống của Döbereiner. Nhưng nghiên cứu của ông phải đến năm 1843 mới có kết quả, Leopold Gmelin nhận thấy rằng 10 bộ ba sẽ có 3 nhóm bộ 4 và 1 nhóm bộ 5. 

Tiếp đó đến năm 1857, Jean-Baptiste Dumas đã công bố về công trình mô tả mối quan hệ giữa các nhóm kim loại khác nhau. Với công trình này, các nhà khoa học đã nhận diện được các mối quan hệ giữa các nguyên tố nhỏ. Tuy nhiên, họ vẫn chưa thể dựng lên được một sơ đồ định hướng toàn bộ cho các nguyên tố hóa học.

Tới năm 1858, August Kekulé đã phát hiện ra rằng, Cacbon thường có 4 nguyên tử khác liên kết với nó. Chẳng hạn như nguyên tố metan được cấu tạo bởi 1 nguyên tử Cacbon với 4 nguyên tử Hidro. Đây chính là nền tảng hình thành nên hóa trị của các nguyên tố hóa học.  Theo đó, các nguyên tố khác nhau liên kết với những số nguyên tử khác nhau.

Vào năm 1862, một nhà địa chất người Pháp tên Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois đã công bố về dạng bảng tuần hoàn sơ khai. Ông gọi bảng tuần hoàn hóa học này của mình là “đường xoắn telluride” hay còn gọi với tên là “đinh vít telluride”. Ông cũng là người đầu tiên nhận thấy về tính tuần hoàn của các nguyên tố hóa học. Khi sắp xếp các nguyên tố theo một đường xoắn trên một hình ống dựa vào khối lượng nguyên tử của chúng, sắp xếp theo cơ chế khối lượng nguyên tử tăng dần, ông thấy răng các nguyên tố với tính chất tương tự nhau dường như xuất hiện đều đặn với một khoảng cách như nhau.

Bảng tuần hoàn hóa học được Chancourtois đề xuất bao gồm một số ion và hợp chất bên cạnh các nguyên tố. Không những vậy, trong bài viết nói về bảng tuần hoàn, ông cũng sử dụng rất nhiều các thuật ngữ địa chất hơn là hóa học và nó không sử dụng một giản đồ nào cả. Vì vậy mà nó đã không thực sự nhận được sự chú ý của xã hội thời bấy giờ. Phải mãi về sau cho đến khi công trình của Dmitri Mendeleev xuất hiện, người ta mới biết nhiều hơn về “đường xoắn telluride” của Chancourtois.

Đến năm 1864, một nhà hóa học đức tên Julius Lothar Meyer đã công bố một bảng với 44 nguyên tố được sắp xếp dựa vào hóa trị. Bảng nguyên tố hóa học này đã chỉ ra được mối quan hệ của các nguyên tố với tính chất tương tự thường có chung hóa trị. Cùng thời điểm này, một nhà khoa học khác có tên William Odling cũng đã công bố một bảng sắp xếp nguyên tố với 57 nguyên tố dựa vào khối lượng nguyên tử. Tuy nhiên, bảng sắp xếp của ông lại có một số chỗ trống và tính không đều đặn. William Odling cũng nhận thấy tính tuần hoàn về khối lượng nguyên tử trong số các nguyên tử đó, nó đã tạo nên những mảnh ghép quan trọng để ghép nhóm cho các nguyên tố sau này. Ông đã đặt nền móng để phát triển về một định luật tuần hoàn cho các nguyên tố, nhưng công trình đã không được ông theo đuổi đến cùng. Sau này, vào năm 1870 ông có đề xuất một sự phân loại nguyên tố dựa vào hóa trị.

Bảng tuần hoàn của Newlands được công bố năm 1866

Từ năm 1863 cho đến năm 1866, nhà hóa học người Anh tên John Newlands đã công bố một loạt các bài báo ghi nhận rằng khi các yếu tố được sắp xếp theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần, các tính chất vật lý và hóa học tái tục theo những khoảng 8 đơn vị. Ông đã gọi những phát hiện này là “octave” có nghĩa là bộ tám theo cách gọi của quãng 8 trong lĩnh vực âm nhạc. Nó cũng được gọi là “Định luật về bộ tám”, tuy nhiên, công trình của ông lại bị các nhà khoa học cùng thời chế giễu, đặc biệt Hội hóa học Luân Đôn đã từ chối ấn hành công trình này của ông. Nhưng không nản lòng, Newlands đã tiếp tục nghiên cứu và soạn thảo ra được một bảng nguyên tố và dùng nó để tiên đoán về sự tồn tại của những nguyên tố còn thiếu, tiêu biểu như Germani. 5 năm sau khi Hội học học công nhận công trình của Mendeleev thì họ mới bắt đầu có sự ghi nhận ý nghĩa khám phá của Newlands.

Trong năm 1867, nhà hóa học gốc Đan Mạch tên Gustavus Hinrichs làm việc tại Hoa Kỳ đã công bố về hệ thống tuần hoàn xoắn ốc. Hệ thống tuần hoàn này được xây dựng dựa trên phổ và khối lượng nguyên tử, cùng với các tính tương đồng hóa học của các nguyên tố. Khi đó, công trình của  Gustavus Hinrichs bị xem là lập dị, rối rắm, khoe mẽ, vì vậy mà nó đã không được cộng đồng khoa học thừa nhận.

Sự ra đời của bảng tuần hoàn của Mendeleev

Nhà hóa học người Nga là Dmitri Mendeleev đã công bố bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học vào năm 1869. Ngay năm sau 1870, nhà hóa học người Đức là Julius Lothar Meyer cũng có công bố bảng tuần hoàn. Bảng tuần hoàn của Dmitri Mendeleev là phiên bản đầu tiên, còn bản của Julius Lothar Meyer là phiên bản mở rộng của bản của công trình đã được ông công bố từ năm 1864. Điểm chung của cả 2 bảng tuần hoàn này đều được xây dựng theo phương pháp liệt kê các nguyên tố hóa học theo hàng hoặc cột với thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần và bắt đầu mỗi hàng hoặc cột mới khi các thuộc tính của các nguyên tố bắt đầu có sự lặp lại.

Bảng tuần hoàn năm 1869 của Mendeleev

Bảng tuần hoàn của Mendeleev được ghi nhận đến từ 2 quyết định quan trọng trong nghiên cứu của ông. Đầu tiên là ông để dành cho chỗ trống tương ứng với những nguyên tố còn chưa được khám phá. Mendeleev không phải là nhà khoa học đầu tiên làm như vậy, nhưng ông lại là người đầu tiên được công nhận là sử dụng các xu hướng trong bảng tuần hoàn để tiên đoán tính chất của những nguyên tố bị thiếu như: Galli, Germani. Thứ hai là ông đã bỏ qua một số trật tự cứng nhắc theo khối lượng nguyên tử và hoán chuyển các nguyên tố lân cận như telluride và Iodine, từ đó phân loại các nguyên tố thành các họ hóa học tốt hơn. Với sự phát triển của các lý thuyết về cấu trúc nguyên tử, người ta cũng đã nhìn ra rằng Mendeleev đã vô tình liệt kê các nguyên tố theo trật tự của số hiệu nguyên tử (Tức là điện tích hạt nhân) theo chiều tăng dần.

Tầm quan trọng của số hiệu nguyên tử đối với việc tổ chức bảng tuần hoàn không được thừa nhận. Mãi cho tới khi có sự tồn tại và đưa ra được tính chất của Proton và Nơtron được nghiên cứu chi tiết hơn. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev sử dụng khối lượng nguyên tử thay vì số hiệu nguyên tử để tổ chức các nguyên tố. So với thời bây giờ thì nó chính là thông tin có thể xác định với độ chính xác cao. Khối lượng nguyên tử thỏa mãn hầu hết các trường hợp, nó cũng đem đến sự mô tả có khả năng tiên đoán tính chất của các nguyên tố chưa biết chính xác hơn bất kỳ phương pháp nào ở thời bấy giờ. Khi thay thế bằng số hiệu nguyên tử, sau này đem lại một chuỗi xác định, dựa vào số nguyên tử cho nguyên tố hóa học vẫn được sử dụng đến tận hiện nay, ngay cả khi các nguyên tố tổng hợp đang được nghiên cứu và chế tạo mới.

Nhưng phát triển về sau của bảng tuần hoàn hóa học

Vào năm 1871, nhà hóa học Mendeleev tiếp tục công bố một dạng bảng tuần hoàn, trong đó nó có các nhóm nguyên tố tương tự nhau xếp thành các cột từ I tới VIII. Mendeleev cũng đã đưa ra một số tiên đoán chi tiết về tính chất của các nguyên tố mà trước đó ông từng ghi nhận chúng là bị khuyết nhưng có tồn tại. Các khoảng trống trong bảng tuần hoàn lần lượt được lấp đầy khi các nhà khoa học khám phá ra thêm các nguyên tố tồn tại trong tự nhiên. Người ta cho rằng, nguyên tố tự nhiên cuối cùng được khám phá là Franci vào năm 1939 được Mendeleev gọi là eka-caesium. 

Bảng tuần hoàn năm 1871 của Mendeleev với 8 nhóm nguyên tố xếp thành các cột

Tuy nhiên, vào năm 1940, một nguyên tổ tổng hợp lần đầu tiên được ra đời có tên là Plutoni. Sau năm 1971 lại tìm thấy thêm một số lượng rất nhỏ xuất hiện nguyên tố tổng hợp plutoni trong tự nhiên. Phải tới năm 2011, người ta biết rằng thấy tất cả các nguyên tố cho tời californi xuất hiện ở dạng vết trong các mỏ quặng uranium do bắt giữ nơtron và phân bã beta. Chúng có hàm lượng cực nhỏ nên chỉ hình thành vết rất rất bé.

Hiện nay, bảng tuần hoàn hóa học phổ biến được gọi là dạng tiêu chuẩn, hay dạng thông thường. Đây là bản đã được hiệu chỉnh bởi nhà khoa học Horace Groves Deming vào năm 1923. Ông công bố các bảng tuần hoàn dạng ngắn theo kiểu sắp xếp của Mendeleev và dạng vừa kiểu 18 cột. Năm 1928, Merck and Company đã chuẩn bị dạng bảng vừa 18 cột Deming và phát hành rộng rãi ở các trường học của Hoa Kỳ. Tới năm 1930, bảng tuần hoàn hóa học của Deming lại tiếp tục xuất hiện trong các cuốn sổ tay, từ điển bách khoa hóa học. Có sự phổ biến như vậy là một phần công sức rất lớn phát hành trong nhiều năm của Sargent-Welch Scientific Company.

Khi lý thuyết về cơ học lượng tử cho thấy cấu hình của electron trong nguyên tử, người ta đã nhận thấy rằng, mỗi chu kỳ (hàng) trong bảng tuần hoàn ứng với sự lấp đầy một lớp vỏ lượng tử electron. Theo đó, các nguyên tử lớn hơn sẽ có nhiều phân lớp electron hơn, vì vậy mà trong bảng hóa học về sau có những nguyên tử có chu kỳ rất dài.

Năm 1945, nhà khoa học người Hoa Kỳ là Glenn Seaborg đã đề xuất về các nguyên tố họ Actini, nó giống với họ Lantan lấp đầy một phân lớp f. Trước đó, họ Actini được cho là tạo ra hàng khối d thứ tư. Với công trình nghiên cứu này, đồng nghiệp của Seaborg đã khuyên ông không nên công bố chúng bởi nó là một đề xuất quá táo bạo và nó có thể khiến toàn bộ sự nghiệp của ông bị hỏng. Ông vẫn công bố chúng và sau này nó đã được chứng minh là đúng, nhờ vậy mà ông đã nhận được giải thưởng Nobel Hóa học vào năm 1951.

Trong tự nhiên, một vài nguyên tố siêu uranium có tồn tại với trữ lượng rất nhỏ, con người biết đến trúng đầu tiên qua việc tổng hợp nhân tạo nên. Việc chế tạo được các nguyên tố mới khiến bảng tuần hoàn hóa học được mở rộng đáng kể. Thành viên đầu tiên được đưa vào bảng hóa học là Neptuni vào năm 1939.

Vì rất nhiều nguyên tố siêu uranium có độ bền cực thấp, chúng dễ phân ra nhanh chóng. Do đó mà chúng luôn thách thức đối với việc phát hiện và tìm hiểu về tính chất của chúng. Đã có nhiều tranh cãi về các tính chất của nguyên tố uranium này từ các phòng thí nghiệm khác nhau. Rất nhiều phòng thí nghiệm đòi ghi nhận công bố phát minh và kéo theo quyền đặt tên cho các nguyên tố mới. Nguyên tố flerovi là nguyên tố có tên riêng chính thức được công bố, nó là nguyên tố 114, sau đó là nguyên tố livermori 116. 

Vào năm 2010, một nhóm công tác nghiên cứu giữ Nga với Hoa Kỳ tại Dubna, Moskva, Nga đã tuyên bố tổ hợp thành công 6 nguyên tử của nguyên tố thứ 117 có tên gọi là ununsepti. Nó chính là nguyên tố được phát hiện gần đây nhất.

Như vậy, bài viết trên Admin đã cung cấp cho các em thêm những thông tin vô cùng bổ ích về lịch sử hình thành bảng tuần hoàn hóa học. Hy vọng nó bổ ích và giúp các em thêm hiểu hơn về sự phát triển của bảng tuần hoàn hóa học. Theo dõi Admin để cập nhật thêm những kiến thức bổ ích khác về bảng tuần hoàn hóa học nhé!