history of the periodic table - Lịch sử phát triển của bảng hệ thống tuần hoàn
Một điều kiện tiên quyết cho việc xây dựng bảng HTTH là sự tìm ra những nguyên tố như vàng, bạc, thiếc, đồng hồ, chì và thuỷ ngân đã được thiết kế từ thời cổ đại, nhưng khám phá khoa học đầu tiên về một nguyên tố hoá học là vào 1649 khi Hennig brand tìm ra phospho
L ch s phát tri n c a b ng h th ng tu n hoàn
TÓM T T L CH S PHÁT TRI N C A B NG H
TH NG TU N HOÀN
(The Young Vietnamese Chemistry Specialists)
c dù Dmitri Mendeleev th ng c coi là cha c a b ng HTTH, nh ng bên c nh ó có nh ng
óng góp c a nhi u nhà khoa h c vào vi c xây d ng b ng HTTH mà chúng ta ang s d ng hi n
nay.
Lúc s khai
t u ki n tiên quy t cho vi c xây d ng b ng HTTH là s tìm ra nh ng nguyên t nl.M c
dù nh ng nguyên t nh vàng, b c, thi c, ng, chì và th y ngân ã c bi t t th i c i, nh ng
khám phá khoa h c u tiên v m t nguyên t hóa h c là vào n m 1649 khi Hennig Brand tìm ra
phospho. Trong su t 200 n m sau ó, các nhà hóa h c ã t c m t kh i ki n th c kh ng l v
tính ch t c a các nguyên t và nh ng h p ch t mà h tìm ra. Vào n m 1869 t ng c ng có 63
nguyên t ã c tìm ra. T nh ng nguyên t ã bi t các nhà khoa h c b t u nh n ra tính ch t
a chúng phát tri n s phân lo i các nguyên t .
Qui t c tam t
Vào n m 1817 Johann Dobereiner nh n th y r ng tr ng l ng nguyên t c a strontium r i vào
kho ng gi a tr ng l ng c a Ca và Ba, Ca và Ba có tính ch t hóa h c gi ng nhau. N m 1829 sau
khi tìm ra b ba halogen bao g m chlorine, bromine, iodine và b ba kim lo i ki m K, Na, Li,
Johann Dobereiner cho r ng tính ch t ch a ng trong b ba nguyên t là nguyên t n m gi a
trong b ba có tính ch t trung bình so v i 2 nguyên t n m bên c nh nó khi th t cs px p
theo tr ng l ng nguyên t (qui t c bô ba).Ý t ng m i v b ba nguyên t ã tr nên ph bi n
trong công vi c nghiên c u th i b y gi . Gi a nh ng n m 1829 n 1858 m t s nhà khoa h c
(Jean Baptiste Dumas, Leopold Gmelin, Ernst Lenssen, Max von Pettenkofer, and J.P. Cooke ) tìm
ra r ng nh ng m i quan h hóa h c v t ra ngoài qui t c tam t . Trong th i gian này Flo ã d c
thêm vào nhóm halogen, Oxy, L u Hu nh, Salen và Telu c g p thành m t nhóm trong khi ó
Nit , phospho, Asen, Selen và Telu, Antimon va Bimut thì c phân theo nhóm khác. Không may
là nh ng l nh v c nghiên c u này ã b phê phán b i s th t v các giá tr chính xác c a nh ng gì
không luôn sãn có.
Nh ng c g ng u tiên cho vi c thi t k b ng HTTH
u B ng HTTH c xem nh là tr t t s p x p c a các nguyên t hóa h c th hi n tính tu n hoàn
a tính ch t v t lý và tính ch t hóa h c, m t nhà a ch t ng i Pháp c ghi nh n là ng i a
ra b ng HTTH u tiên xu t b n n m 1862 ó là A.E.Beguyer de Chancourtois. De Chancourtois
ã chép m t lo t các nguyên t c ghi trên m t cái ng ong theo th t t ng d n v tr ng l ng
nguyên t . Khi cái ng ong c a ra thì 16 n v kh i l ng có th l n l t c vi t lên,
nh ng nguyên t liên quan ch t ch v i nhau c vi t theo hàng c. u này ã a
A.E.Beguyer de Chancourtois i n ý t ng r ng “ tính ch t c a các nguyên t là tính ch t c a
các con s ” A.E.Beguyer de Chancourtois là ng i u tiên nh n ra r ng tính ch t c a các nguyên
Trang1
L ch s phát tri n c a b ng h th ng tu n hoàn
l p l i cho m i 7 nguyên t , nh vào u này ông ta ã có th ph ng oán v t l ng c a nhi u
oxit kim lo i. Nh ng th t không may s c a ông ta có ch a các ion và các h p ch t ngoài các
nguyên t .
Qui t c bát t
Jonh Newlands, m t nhà hóa h c ng i Anh ã vi t bài báo n m 1863 trong ó phân lo i 56
nguyên t c x p vào 11 nhóm d a vào s gi ng nhau v tính ch t v t lí c a chúng. Và ghi chú
ng t n t i nh ng c p nguyên t t ng t nhau, nh ng ch khác nhau tr ng l ng nguyên t theo
i s 8. N m 1864 Newlands ã cho xu t b n b ng HTTH c a mình và nghi qui t c Octaves
(B tám) (t ng t nh b y kho ng trong thang nh c, nh ng ai ã t ng h c piano s hi u rõ u
này, d ch nh ng t nay ra ti ng vi t th t là khó, chúng tôi ch c m nh n c ch không th nói
thành l i mong c thông c m). Qui t c này phát bi u r ng b t c nguyên t ã cho nào c ng s
th hi n tính t ng t v tính ch t v i 8 nguyên t theo sau nó trong b ng HTTH hóa h c.
Ai là cha c a b ng HTTH?
ã có nhi u ý ki n không tán thành v nh ng ng i x ng áng c xem là cha c a b ng HTTH
các nguyên t hóa h c, nhà hóa h c ng i c Lothar Meyer hay Dmitri Mendeleev ng i Nga. C
hai nhà hóa h c này u a ra nh ng k t qu t ng t cùng m t th i gian áng c ghi nh n, h
u làm vi c r t c l p. Qu n sách c vi t b i Meyer vào n m 1864 ính kèm m t b n th o vi t
t v b ng HTTH dùng phân lo i các nguyên t . B n th o này ã c p n kho ng m t n a
các nguyên t ã bi t c s p s p theo tr ng l ng nguyên t và trình bày nh ng thay i tu n
hoàn v hóa tr nh là m t hàm s c a tr ng l ng nguyên t . N m 1868, Meyer xây d ng b ng m
ng mà ông ã trao cho m t ng nghi p ánh giá. Nh ng không may cho Meyer là b ng
HTTH c a Mendeleev tr nên ph bi n i v i gi i khoa h c qua l n xu t b n n m 1869 tr c khi
bang HTTH c a Meyer xu t hi n vào 1870.
Dimitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907), con út c a m t gia ình có 17 ng i con, sinh ra trong
thành ph nh c a ToBol’sk n i cha ông ta là m t th y giáo v n h c và tri t h c Nga. Mendeleev
ã không c xem là m t h c sinh n i b t trong nh ng n m u i h c c a ông, do ông không
thích nh ng ngôn t c n, mà ó là nh ng yêu c u quan tr ng c a n n giáo d c th i m mà
th m chí ông ã th hi n s n i tr i v toán và các môn khoa h c, nh ng v n h c l i c coi tr ng
n. Sau cái ch t c a cha mình, Mendeleev và m chuy n n St. Petersburg theo h c i h c.
Sau khi b hai tr ng i h c, m t Maxc va và m t St. Petersburg t ch i vì l ch s c a quê
ông và vì ông ch là m t sinh viên bình th ng, nh ng cu i cùng thì ông c ng ki m c m th c
vi n d y các môn khoa h c chính th c ( h c vi n St Petersburg). Sau khi t t nghi p, Mendeleev
m nh n v trí d y các môn khoa h c trong nhà t p th d c. Sau m t th i gian làm th y giáo, ông
c công nh n lu n án t t nghi p t i tr ng i h c St. Petersburg n i mà ông ã l y b ng thac s
vào n m 1856. Mendeleev ã r t n t ng v i gi ng viên c a ông nên ông c gi l i làm gi ng
viên hóa h c. Sau hai n m nghiên c u sinh Hóa H c c, ông ã c công nh n là giáo s Hóa
c i h c St. Petersburg, và gi v trí này cho n n m 1890 . Trong khi vi t qu n sách v h
th ng hóc h c vô c , nh ng nguyên t c hóa h c, 13 n tái b n và l n tái b n cu i cùng vào n m
1947. Mendeleev ã trình bày tài li u c a mình b ng nh ng thu t ng v nh ng nhóm các nguyên
ã bi t có cùng tính ch t. Ph n u c a c a sách c p r t nhi u n nhóm c bi t n nhi u
nh t trong hóa h c ó là nhóm halogen. Ph n k ti p ông ã t ng quát hóa các nguyên t kim lo i
theo kh n ng k t p, kimlo i ki m tr c r i n kim lo i ki m th …. Tuy nhiên th t khó phân
lo i nh là Cu và Hg có nhi u kh n ng k t h p, có lúc k t h p m t có khi k t h p hai (kh n ng
th p c c p ây b n có th hi u theo ti ng vi t ó là hóa tr c a nguyên t ). Trong khi c
ng tìm ra ng i trong tình tr ng ti n thoái l ng nan, Mendeleev ã ghi nh n nh ng s gi ng
nhau v tính ch t và tr ng l ng nguyên t c a các nguyên t nhóm halogen và các nguyên t kim
lo i ki m. Ông ã quan sát s t ng t gi a các nguyên t nh Cl-K- Ca,Br-Rb-Ba. Trong m t c
Trang2
L ch s phát tri n c a b ng h th ng tu n hoàn
ng m r ng tính ch t này cho nh ng nguyên t khác, ông ã t o ra m t t m card cho m i nguyên
trong 63 nguyên t ã bi t th i ó. M i card có ch a kí hi u nguyên t ,tr ng l ng phân t , c
tính hóa h c và tính ch t v t lý. Khi Mendeleev s p x p các t m card này trên m t t m b ng theo
th t t ng d n tr ng l ng nguyên t , nhóm các nguyên t có cùng tính ch t theo cách riêng ch
không gi ng nh s s p x p các t m card trong trò ch i yêu thích c a ông, trò solitare card, m t
cách kiên nh n và th là b ng HTTH c hình thành. T b ng này, Mendeleev phát tri n phát
bi u c a ông v nh lu t tu n hoàn và cho xu t b n thành qu c a mình n m 1869 v i t a
“S liên quan gi a tính ch t và tr ng l ng nguyên t c a các nguyên t ”. Thu n l i c a b ng
Mendeleev qua nh ng c g ng trên th hi n s tu n hoàn không ch trong nh ng n v nh nh
nh ng nhóm ba nguyên t n a mà nó còn th hi n trong c t c c b và hàng ngang c c b , và c
nh ng quan h chéo nhau n a. N m 1906, Mendeleev m t trong nh ng ng i c b u nh n gi i
th ng Nobel cho công trình nghiên c u c a mình. th i m mà Mendeleev phát tri n tri n
ng HTTH c a mình thì nh ng xác nh th c nghi m v kh i l ng nguyên t là ch a chính xác.
Mendeleev ã s p x p l i th t các nguyên t m c dù kh i l ng c a chúng ch c ch p nh n,
ngh a là ch a bi t c kh i l ng chính xác c a chúng. Ví d nh , ông ã thay i tr ng l ng
a Bery t 14 sang 9. u này ã t Bery bên trên Magiê nhóm 2, mà tính ch t c a chúng có
ph n gi ng Magiê h n là v trí n m trên Nit . Trong t t c các nguyên t ã bi t Mendeleev nh n
th y r ng 17 nguyên t ph i c x p vào v trí m i chúng c xác nh m t cách ch t ch v
tr ng l ng nguyên t có th bi t c tính ch t c a chúng có liên quan n tính ch t c a nh ng
nguyên t khác. Nh ng thay i này ã xác nh n r ng ã có nh ng sai sót trong vi c qui c tr ng
ng nguyên t c a môt s nguyên t (tr ng l ng nguyên t ã c tính toán t tr ng l ng
qui c, tr ng l ng c a m t nguyên t c qui c cho m t tr ng l ng chu n nào ó). Tuy
nhiên, sau khi ã công vi c ch nh s a ã c ti n hành b i vi c xác nh l i kh i l ng nguyên t ,
t s nguyên t v n c n ph i c a ra kh i s s p x p theo kh i l ng nguyên t c a chúng.
nh ng kho ng tr ng xu t hi n trong b ng c a Mendeleev, ông ã d oán s t n t i và tính ch t
a nh ng nguyên t ch a bi t mà ông g i là eka-aluminium, eke-bo, và eka- Silic. Nh ng nguyê
nh Gali, Scandi, và Germani ã c tìm th y sau này, nh ng l i t ng i phù h p v i nh ng
oán c a Mendeleev. H n th n a B ng HTTH c a Mendeleev ã c xu t b n tr c b ng c a
Meyer, b ng c a Mendeleev mang tính d oán t ng quát h n v nh ng nguyên t ã b tr ng
trong b ng HTTH. Mendeleev ã d oán t t c là 10 nguyên t m i, trong ó có 7 nguyên t ã
c tìm ra còn ba nguyên t có tr ng l ng nguyên t là 45, 146 và 175 không t n t i. Ông ta
ng ã sai trong vi c ngh r ng các c p nguyên t nh : Agon- Kali, Coban-Nicken và Tuli-iod
nên thay i v trí cho nhau vì tr ng l ng ngyên t không chính xác. M c dù nh ng nguyên t
này không c n ph i thay i theo m i liên quan r ng s tu n hoàn là m t hàm c a tr ng l ng
nguyên t .
khám phá ra các khí tr
m 1895 Lord Rayleigh báo cáo v s khám phá ra nh ng nguyên t d i d ng khí c t tên
là Agon và ã c ch ng minh r ng nó tr v m t hóa h c. Nguyên t m i này không phù h p v i
nh ng nhóm tu n hoàn ã bi t. N m 1898 William Ramsey ngh r ng nên t Agon vào b ng
HTTH gi a Clo và Kali trong cùng m t h v i Heli, m c dù s th t thì Agon ã có tr ng l ng
nguyên t l n h n Kali. Nhóm này c g i là nhóm zero do các nguyên t u có hóa tr 0.
Ramsey ã d oán chính xác v s tìm ra và tính ch t c a neon.
u trúc nguyên t và b ng h th ng tu n hoàn
c dù b ng HTTH c a Mendeleev ã th hi n c tình tu n hoàn t nhiên c a các nguyên t , nó
còn m ng cho s khám phá c a các nhà khoa h c trong th k 20 có th gi i thích t i sao
nh ng tính ch t c a các nguyên t l i l p l i m t cách tu n hoàn. N m 1911 Ernest Rutherford xu t
n nh ng nghiên c u v s phân tán c a các h t anpha b i nhân nguyên t n ng ã a n s xác
Trang3
L ch s phát tri n c a b ng h th ng tu n hoàn
nh v n tích nguyên t . Ông ã trình bày n tích nguyên t trên m t h t nhân là t l thu n
i tr ng l ng nguyên t c a nguyên t . C ng vào n m 1911, A.van de Broek trong hai bài báo
a mình ã ngh r ng tr ng l ng nguyên t c a m t nguyên t x p x b ng v i n tích trên
t nguyên t . n tích này, sau ó c g i là s nguyên t , có th dùng ánh s các nguyên
trong b ng HTTH. Vào 1913, Henry Moseley báo cáo k t qu o l ng c a ông ta v dài
sóng nh ng ng ph c a tia X c a m t s nguyên t cho th y r ng tr t t c a phát x tia X c a
các nguyên t ã trùng kh p v i tr t t c a s nguyên t c a các nguyên t . V i s khám phá v
các ng v c a các nguyên t rõ ràng là tr ng l ng nguyên t không óng vai trò quan tr ng
trong nh lu t tu n hoàn nh c a Mendeleev, Meyer và các nhà khoa h c khác ã ngh tính ch t
a các nguyên t bi n i tu n hoàn v i s nguyên t . V n t ra ây là t i sao t n t i nh
lu t tu n hoàn nh các nhà khoa h c ã phát tri n s hi u bi t v c u trúc n t , b t u là
nh ng nghiên c u c a Niel Borh v s s p x p các electron trong các l p v và qua nh ng khám
phá c a G.N. Lewis v liên k t gi a các c p electron.
ng h th ng tu n hoàn hi n i
Nh ng thay i ch y u và sau h t c a b ng HTTH là nh ng nghiên c u c a Glenn Seaborg vào
gi a th k 20 v i khám phá c a ông v nguyên t plutonium vào n m 1940, ông ã tìm ra t t c
các nguyên t có s nguyên t cao h n uranium ó là các nguyên t có s nguyên t t 94 n 102.
Ông ã s p x p l i b ng HTTH b ng vi c t các nguyên t thu c h Actini bên d i các nguyên t
t hi m. N m 1951, Seaborg ã nh n c gi i th ng Nobel v hóa h c cho công trình c a ông.
Nguyên t th 106 ã c t tên Seaborgium t ng nh n Seaborg.
Trang4
