tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn mendeleev

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

TÌM HIỂU LỊCH SỬ XÂY DỰNG
BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV

Luận văn tốt nghiệp
Ngành : SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Ths. GVC. Hoàng Xuân Dinh

Võ Đức Yến Ngọc
Mã số SV: 1110252
Lớp: SP. Vật lý – Tin học
Khóa: 37

Cần Thơ, năm 2014


Lời Cảm Ơn
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này,
em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu quý Thầy, Cô,
các anh chị và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em
xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Thạc sĩ – Giảng viên chính Hoàng Xuân Dinh người thầy
kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi đến quý Thầy, Cô trong Bộ môn Vật lý nói
riêng và trường Đại học Cần Thơ nói chung đã tận tình giảng dạy,
dìu dắt em trong suốt bốn năm học lời biết ơn chân thành nhất.
Em cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong hội
đồng chấm luận văn. Cảm ơn thư viện Khoa Sư phạm trường Đại
học Cần Thơ đã cung cấp cho em nhiều tài liệu liên quan đến luận
văn.
Mặc dù có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn
thiện nhất. Song do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên khó
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học.
Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và
thành công trong sự nghiệp cao quý.
Trân trọng kính chào!

Sinh viên thực hiện
Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

MỤC LỤC
Phần MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ...................................................................................................... 1
3. Giới hạn của đề tài ....................................................................................................... 1
4. Phương pháp và phương tiện thực hiện ........................................................................ 1
5. Các bước thực hiện ...................................................................................................... 2

Phần NỘI DUNG ............................................................................................................. 3
Chương 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN ..................... 3
1.1. Những nguyên tố đầu tiên được khám phá ................................................................. 3
1.2. Những dự kiến hệ thống hóa trước Mendeleev .......................................................... 4
1.2.1. Ý tưởng đầu tiên .................................................................................................... 4
1.2.2. Quy tắc tam tử ....................................................................................................... 4
1.2.3. Mô hình đinh vít của A. Béruyer De Chancuortois ................................................ 5
1.2.4. Quy tắc bát tử ........................................................................................................ 6
1.2.5. Sự biến đổi tuần hoàn nguyên tử theo khối lượng nguyên tử của Mayer ................ 7
Chương 2: SỰ SÁNG LẬP ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN ................................................ 8
2.1. Phương án đầu tiên .................................................................................................... 8
2.2. Phương án thứ hai. Quá trình phát hiện định luật tuần hoàn ..................................... 10
2.2.1. Quá trình phát hiện định luật tuần hoàn ............................................................... 10
2.2.2. Các tiên đoán của Mendeleev đã được kiểm nghiệm............................................ 13
Chương 3: BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV ..................................... 15
3.1. Cấu trúc của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố........................................................ 15
3.1.1. Các chu kỳ .......................................................................................................... 15
3.1.2. Nhóm .................................................................................................................. 16
3.1.3. Phân nhóm .......................................................................................................... 16
3.1.4. Số thứ tự nguyên tử các nguyên tố (Ô) ................................................................ 17
3.2.Những quy luật thay đổi tính chất các nguyên tố ...................................................... 17
3.2.1. Quy luật biến thiên tính chất các nguyên tố trong một chu kỳ ............................... 17
3.2.2. Quy luật biến thiên tính chất các nguyên tố trong một nhóm ................................ 17
Chương 4: QUÁ TRÌNH BỔ SUNG BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN...................... 18
4.1. Đưa nguyên tố khí trơ vào hệ thống tuần hoàn ........................................................ 18
GVHD: Ths. GVC. Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc

Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
4.2. Chế tạo và phát hiện các nguyên tố mới .................................................................. 19
4.2.1. Tecnơxi ( Tc)....................................................................................................... 19
4.2.2. Prômêti (Pm) ....................................................................................................... 19
4.2.3. Atatin (At) ........................................................................................................... 20
4.2.4. Franxi (Fr) ........................................................................................................... 20
Chương 5: CÁC NGUYÊN TỐ MỚI ............................................................................. 21
5.1. Các nguyên tố siêu Urani ........................................................................................ 21
5.1.1. Neptuni (Np) (1940) ............................................................................................ 21
5.1.2. Plutoni (Pu) (1940) .............................................................................................. 22
5.1.3. Amerixi (Am) (1945) và Curi (Cm) (1944) ......................................................... 23
5.1.4. Nguyên tố Beckeli (Bk) (1950) và Califoni (Cf) (1950)....................................... 24
5.2. Các nguyên tố phóng xạ nhân tạo ............................................................................ 24
5.2.1. Nguyên tố Ensteni (Es) và Fecmi (Fm) ................................................................ 24
5.2.2. Nguyên tố Menđelevi (Md) ................................................................................. 25
5.2.3. Nguyên tố 102 (1963 – 1966) .............................................................................. 26
5.2.4. Nguyên tố 103 (1961) .......................................................................................... 27
5.2.5. Nguyên tố Kusatovi (Ku – 1964) ......................................................................... 28
5.2.6. Nguyên tố 105 (1970) .......................................................................................... 28
5.2.7. Nguyên tố 106 (1974) và nguyên tố 107 (1976)................................................... 29
5.2.8. Nguyên tố 108 (1984) và nguyên tố 109 (1982)................................................... 29
5.3. Các nguyên tố mới được khám phá ......................................................................... 30
5.3.1. Nguyên tố hoá học thứ 110 mang tên Darmstattium ............................................. 30
5.3.2. Nguyên tố hóa học thứ 111................................................................................... 30
5.3.3. Nguyên tố 112 ...................................................................................................... 30
5.3.4. Nguyên tố 113 ...................................................................................................... 31
5.3.5. Nguyên tố 114 và nguyên tố thứ 116 .................................................................... 33
5.3.6. Nguyên tố 115 thực sự tồn tại .............................................................................. 34
5.3.7. Nguyên tố 117 ...................................................................................................... 34
5.3.8. Nguyên tố thứ 118 – số phận long đong ............................................................... 35

5.3.9. Nguyên tố siêu nặng 119 và nguyên tố 120 .......................................................... 36
Chương 6: Ý NGHĨA CỦA BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV ........... 37
6.1. Vỏ electron .............................................................................................................. 37
GVHD: Ths. GVC. Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
6.1.1. Mô hình hành tinh nguyên tử ............................................................................... 37
6.1.2. “Hàm sóng vật chất” viết cho trạng thái dừng của electron trong nguyên tử ........ 39
6.1.3. Cơ học lượng tử và việc giải các phương về trị riêng của toán ............................. 40
6.1.4. Các đại lượng đặc trưng trạng thái electron trong nguyên tử và giá trị các số lượng
............................................................................................................................ 41
6.1.5. Nguyên lý Pauli ................................................................................................... 42
6.1.6. Cấu hình electron trong nguyên tử ....................................................................... 43
6.2. Cấu trúc hạt nhân nguyên tử .................................................................................... 44
6.2.1. Mẫu hạt nhân Ivanencô – Hayxenbec .................................................................. 44
6.2.2. Cấu trúc của một hạt nhân X ............................................................................. 46
6.2.3. Năng lượng liên kết hạt nhân ............................................................................... 46
6.2.4. Các chu kỳ trong bảng tuần hoàn ......................................................................... 49
Phần KẾT LUẬN .......................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

GVHD: Ths. GVC. Hoàng Xuân Dinh

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc

Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Phần MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Một trong những thành tựu vĩ đại nhất trong lịch sử phát triển khoa học của nhân
loại đó là sự phát hiện ra định luật tuần hoàn của nhà bác học Dmitri Ivanovich
Mendeleev. Ông đã trải qua bao gian nan, thử thách và gặp nhiều khó khăn trong việc tìm
tòi và khám phá ra quy luật của các nguyên tố hóa học. Sự phân loại các nguyên tố hóa
học dựa vào định luật tuần hoàn mà Mendeleev đã thể hiện dưới dạng hệ thống tuần
hoàn, đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu tính chất của các nguyên tố hóa học
và sự phát triển sau này của thuyết cấu tạo chất. Những người nghi ngờ bảng hệ thống
tuần hoàn luôn luôn tìm cách tấn công vào những sơ hở, những điểm còn thiếu sót của
bảng hệ thống tuần hoàn. Nhưng không vì thế mà bảng hệ thống tuần hoàn mất đi tính
tổng quát của nó mà thông qua đó đã thúc đẩy sự phát triển nhảy vọt.
Ngày nay, các học sinh phổ thông cũng đã có một số kiến thức cơ bản về bảng hệ
thống tuần hoàn. Khi nhìn vào đó, chúng ta không thể tưởng tượng được đó chính là một
công trình vĩ đại với sự cống hiến vô hạn của các nhà bác học. Ngược dòng thời gian,
hơn một thế kỷ trước, bảng hệ thống tuần hoàn vẫn đang là “cái gì đó” đầy bí ẩn, thậm
chí là thần bí, gây hoang mang, tranh luận sôi nổi trong giới khoa học. Lịch sử chọn lựa
và phân loại một cách chặt chẽ, kỹ càng mọi điều được con người tìm thấy và sáng tạo.
Sự chính xác kỳ lạ trở thành quen thuộc của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev hiện
nay không những cho chúng ta thấy được công trình khổng lồ của nhà bác học trong việc
nhận biết những gì đã được phát hiện trước đây về những biến đổi của chất, mà công
trình còn giúp cho việc dự đoán trực giác vĩ đại về sự tồn tại định luật mới: “Định luật về
sự tuần hoàn của tính chất các nguyên tố hóa học”.
Để hiểu về những nỗi gian truân vất vả của Mendeleev đã cống hiến cho những
thành tựu mà con người đã và đang thừa hưởng. Chúng ta hãy tìm về lịch sử hình thành
và xây dựng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, ý nghĩa vật lý của nó. Một thành
công lớn của vật lý học nguyên tử là đã giải thích nguyên nhân các tính chất tuần hoàn
trong sự sắp xếp các nguyên tố trong các ô của bảng. Vật lý học nguyên tử giải thích đầy

đủ ý nghĩa các “con số” ghi ở mỗi ô: số thứ tự, khối lượng nguyên tử, số khối, số cột, số
hàng (chu kỳ).
Song song với sự phát triển của định luật Mendeleev thì ngành vật lý học cũng được
phát triển rầm rộ. Phần sau của bài viết này chúng ta sẽ vận dụng kiến thức vật lý, đặc
biệt là cơ học lượng tử để giải thích cấu tạo của bảng hệ thống tuần hoàn một cách chặt
chẽ
Với những lý do trên tôi quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng
hệ thống tuần hoàn Mendeleev” làm đề tài nghiên cứu.

2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, tìm hiểu lịch sử xây dựng của bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev.
Đồng thời, khám phá những nguyên tố hóa học mới được phát hiện sau này.

3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nghiên cứu dựa trên lý thuyết thuần túy và chỉ nghiên cứu lịch sử xây dựng
bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev.

4. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN
Nghiên cứu đề tài dựa trên cơ sở tham khảo, phân tích và tổng hợp các nguồn tài
liệu có liên quan trên sách, báo, internet,… Từ đó đưa ra những nhận xét, đánh giá chung
nhất và trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

1

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

5. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN
Bước 1: Nhận đề tài.
Bước 2: Tìm hiểu tài liệu và viết đề cương.
Bước 3: Phân tích, tổng hợp tài liệu, tiến hành viết luận văn.
Bước 4: Nộp luận văn cho giáo viên hướng dẫn luận văn.
Bước 5: Hoàn chỉnh luận văn.
Bước 6: Bảo vệ luận văn.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

2

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Phần NỘI DUNG
Chương 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG
TUẦN HOÀN
1.1. NHỮNG NGUYÊN TỐ ĐẦU TIÊN ĐƯỢC KHÁM PHÁ
Các nguyên tố được khám phá ra sao và từ bao giờ? Đó là điều mà chúng ta ai cũng
muốn biết. Vậy thì chúng ta hãy điểm qua vài nét về những nguyên tố đầu tiên qua các
thời đại.
Kể từ khi con người biết dùng lửa lần đầu tiên trong lịch sử của mình, họ đã để lại
những đống than. Chính nhờ nó, họ làm ra những bức họa lên các bức vách của hang
động.
Ở thời kỳ đồ đá, con người biết lấy đá gọt đẽo thành công cụ. Họ chế tạo các đồ
dùng từ đất sét mà không hề có một ai biết rằng đó là những hợp chất của nhôm silic và
oxi.

Đến thời đại đồng đen, họ tạo ra được đồng đen nhờ trộn đồng và thiếc với nhau.
Họ cũng thu được chì nhờ quá trình lấy quặng của nó trộn với than rồi ném vào đống lửa.
Đồng thời họ cũng thu được thủy ngân tinh khiết khi cho kinova (thủy ngân sunfur) đun
nóng.
Thời đại đồ sắt bắt đầu từ hàng nghìn năm trước công nguyên, khi người ta khám
phá ra hợp kim của sắt. Và trong buổi bình minh của nghề luyện kim, sự xuất hiện của sắt
là thước đo đánh giá trình độ văn minh của con người thời bấy giờ.
Dần dần họ chú ý đến các nguyên tố; nhưng họ không hoài nghi mình đã đụng chạm
đến các nguyên tố. Ta có thể nhận xét rằng phương pháp làm chủ yếu của họ là dùng lửa
(nhiệt). Rồi họ biết cacbon dưới dạng than đá, đến lưu huỳnh, vàng, bạc…
Như vậy, cho đến trước công nguyên, loài người đã biết 9 nguyên tố hóa học, họ đã
biết chế tạo và sử dụng chúng một cách hoàn toàn có ý thức. Các nguyên tố đó (được viết
theo kí hiệu hóa học của Bezeliuxo) là:
C (cacbon)
Cu (đồng)
Sn (thiếc)
S (lưu huỳnh)
Ag (bạc)
Hg (thủy ngân)
Fe (sắt)
Au (vàng)
Pb (chì)
Đây được xem là bậc thang đầu tiên cho việc phát hiện các nguyên tố mới trong
tương lai. Nó đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người.
Trước thời kì trung cổ con người chưa làm được gì đáng kể trong việc tách các
nguyên tố hóa học. Thế nhưng, ở thời kỳ này, đã xuất hiện các nhà giả kim thuật. Sự có
mặt của họ đã đóng góp không nhỏ vào việc phát hiện nguyên tố mới.
Các loại axit là sự sáng tạo quan trọng nhất của họ. Họ đã làm hàng loạt phát minh
và trong suốt 2 thế kỉ (từ thế kỉ XII đến thế kỉ XIV) họ đã khám phá ra 3 nguyên tố hóa
học quan trọng: Asen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi).

Plantin lần đầu tiên được tìm thấy ở Mexico vào giữa thế kỉ XVI. Vẫn chưa ai xác
định được khi nào và ai là người đã khám phá ra một trong số 13 nguyên tố khá phổ biến
giữa thế kỉ XVII.
Đến cuối thế kỉ XVII, kẽm được tách ra dưới dạng tinh khiết và cũng không ai biết
rõ nguồn gốc của nó.
Năm 1669, Photpho - theo tiếng Hi Lạp có nghĩa là “chất mang ánh sáng” - được
khám phá ra tại Hamburg (Đức) do Hennig Brand (một nhà giả kim thuật đồng thời là
thương gia) thu được từ cặn khô của nước tiểu.
Năm 1735, Coban được phát hiện bởi Georg Brandt. Tiếp theo đó, năm 1766,
Henry Cavendish khám phá ra Hyđrô nhờ quan sát các bọt khí phát ra (“khí có thể cháy”)
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

3

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
khi để miếng kim loại tiếp xúc với axit. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng hiđrô là hợp
chất của thủy ngân (và không phải của axít), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc
tính của hiđrô rất cẩn thận.
Vào những năm 70 của thế kỉ XVII, Daniel Rutherford được coi là người đầu tiên
phát hiện ra Nitơ.
Năm 1774, Giôdep Prixtơli đã điều chế được khí oxi và nghiên cứu các tính chất
quan trọng nhất của nó. Ông lấy một ít hợp chất thủy ngân màu đỏ cho vào ống nghiệm
rồi dùng thấu kính (do ông sáng chế ra) để đốt nóng. Ông nhận thấy chất khí thoát ra duy
trì sự cháy rất tốt.
Như vậy, đến giữa những năm 70 của thế kỉ XVIII, loài người đã biết được 20
nguyên tố hóa học.
Trong vòng 25 năm tiếp theo, loài người đã khám phá thêm 11 nguyên tố mới.

Đầu thế kỉ XIX, Kali và Natri được Humphry Davy khám phá bằng cách đun nóng
chảy Kali Hyđroxit và Natri Hyđroxit và cho dòng điện chạy qua.
Năm 1808 phát hiện thêm hàng loạt các nguyên tố mới.
Năm 1817, loài người đã biết gần 50 nguyên tố.
Đến năm 1869, tổng cộng có 63 nguyên tố đã được tìm ra.

1.2. NHỮNG DỰ KIẾN HỆ THỐNG HÓA TRƯỚC MENDELEEV
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.
1.2.1. Ý tưởng đầu tiên
Nhà bác học người Pháp Lavoadiê đã tiến hành vào cuối thế kỉ XVIII. Lúc này
Lavoadiê biết được 33 “ thực thể đơn giản” và ông phân chúng làm 4 loại:
- Các chất khí và các “flut” ( ánh sáng và nhiệt lượng).
- Các á kim.
- Các kim loại.
- Đất.
Dĩ nhiên đây là sự phân loại thô sơ, nhưng nó đã khởi đầu cho nhiều cố gắng khác,
mà những cố gắng đó đã tăng lên theo mức độ phát minh ngày càng nhiều những nguyên
tố mới.
1.2.2. Quy tắc tam tử
Năm 1817, Johann Dobereiner 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.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

4

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Hình 1.1: Quan niệm “bộ ba” của Johann Dobereiner.
Quan niệm về “bộ ba” không được chấp nhận do sự phát hiện ra những nhóm mới
gồm 4 nguyên tố (nhóm halogen: O, S, Se, Te) hay 5 nguyên tố (đồng đẳng của nitơ: N,
P, As, Sb, Bi).
1.2.3. Mô hình đinh vít của A. Béruyer De Chancuortois

Hình 1.2: Mô hình đinh vít của A. Béruyer De Chancuortoi
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.
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.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

5

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
1.2.4. Quy tắc bát tử
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 (Gl là kí hiệu trước đây của Be).
H
1

F
8

Cl
15

Co, Ni
22

Br
29

Pd
36

I
42

Pt, Ir
50

Li
2

Na
9

K
16

Cu
23

Rb
30

Ag
37

Cs
44

Os
51

Gi
3

Mg
10

Ca
17

Zn
24

Sr
31

Cd
38

Ba
45

Hg
52

Bo
4

Al
11

Cr
19

Y
25

Ce, La
32

U
40

Ta
46

Tl
53

C
5

Si
12

Ti
18

In
26

Zr
33

Sn
39

W
47

Pb
54

N
6

P
13

Mn
20

As
27

Di,Mo
34

Sb
41

Nb
48

Bi
55

O
7

S
14

Fe
21

Se
28

Ro, Ru
35
5

Te
43

Au

49

Th
56

1

2

3

4

6

7

8

thứ
Hình 1.3: Sự sắp xếp các nguyên tử theo quan niệm của J. Newlands.
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).

Hình 1.4: Sự sắp xếp trên thang âm nhạc.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

6

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
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.
1.2.5. Sự biến đổi tuần hoàn nguyên tử theo khối lượng nguyên tử của Mayer
Khoảng năm 1864 - 1868, xuất hiện bảng của Mayer. Bảng này dựa trên giống nhau
của các nguyên tử (hóa trị) theo hyđro bao gồm 14 nguyên tố xếp thành 6 cột đứng.
L.Mayer hơn hẳn các nhà bác học trước đó là ông đã đi đến gần sự phát minh ra định luật
tuần hoàn. Tuy nhiên ông cũng không đưa ra một kết luận logic nào từ thực tế vi phạm
tính quy luật quan trọng do ông phát hiện ra.
Năm 1869, nhà hoá học Đức Lothar Mayer về đồ thị biểu diễn sự thay đổi thể tích
nguyên tử (trọng lượng chia cho tỉ trọng) theo chỉ số tăng của trọng lượng nguyên tử.
Ông nhận thấy có sự biến đổi tuần hoàn.

Hình 1.5: Đồ thị biến đổi thể tích nguyên tử các nguyên tố của Mayer
Tất cả các cách sắp xếp trên chỉ mới thể hiện được mối liên hệ giữa các nguyên tố
trong từng nhóm mà chưa tìm ra mối liên hệ giữa các nhóm, chưa tìm ra quy luật chung
làm cơ sở cho sự sắp xếp các nguyên tố.
Sau khi phát hiện được những biểu hiện riêng lẻ của quy luật vĩ đại trong thế giới
các nguyên tố hóa học, những người đi trước Mendeleev, vì những lý do khác nhau đã
không có khả năng vươn tới sự khái quát hóa vĩ đại và ý thức tồn tại trên thế giới một
định luật vĩ đại.
Một số nhà bác học đã đi đến ngưỡng cửa của sự phát minh. Tuy nhiên, họ không
dám đưa ra những kết luận táo bạo để được vinh quang. J. Newlands có thể coi là người
đầu tiên phát hiện ra sự lặp lại của nguyên tố thứ tám nhưng ông không tiên đoán được sự

tồn tại của những nguyên tố chưa được phát hiện. Nhận thấy rằng các bảng phân loại
không phản ánh hết quy luật cơ bản chung nhất của các nguyên tố mà đó chỉ là hình ảnh
giả tạo về trật tự trong thế giới các nguyên tố.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

7

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Chương 2: SỰ SÁNG LẬP ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN
2.1. PHƯƠNG ÁN ĐẦU TIÊN
“Thí nghiệm hệ thống các nguyên tố dựa trên nguyên tử lượng và sự giống nhau về
tính chất hóa học của chúng”.
Đó là tên gọi mà Mendeleev đặt cho phương án của mình. Nó chỉ thẳng ra rằng: ông
có đến 2 cơ sở để xây dựng bảng, khác với những dự kiến xây dựng mà ta đã thấy. Các
bậc tiền bối chỉ chọn một phương án duy nhất hoặc nguyên tử lượng, hoặc đương lượng
hóa học, hoặc sự giống nhau về hóa trị, hoặc sự giống nhau về tính chất hóa học…
Mendeleev tin tưởng sâu sắc rằng giữa tất cả các nguyên tố hóa học phải tồn tại mối
liên hệ có quy luật thống nhất chúng lại thành một khối và ông đã đi đến kết luận rằng cơ
sở của việc hệ thống hóa phải là khối lượng nguyên tử tương đối của chúng. Bởi vì chính
nó quyết định tất cả những tính chất bền vững và không thay đổi trong mọi trạng thái thù
hình.
Mục đích trước tiên mà Mendeleev đặt ra cho việc hệ thống hóa là sư phạm học tập.
Điều làm ông băn khoăn là chọn cái gì làm cơ sở cho việc hệ thống hóa. Ông tiến hành
thí nghiệm thử đối với tỉ trọng, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy…, nhưng những hằng số
đó không thể làm cơ sở để hệ thống hóa được. Và cuối cùng chính khối lượng nguyên tử

nảy ra như là hằng số cơ bản.
Sau đó, ông viết những chỉ số cơ bản của mỗi nguyên tố vào các phiếu ghi rồi ông
bắt đầu phân chia những “tấm bài” của mình mà nhiều người vẫn nói đùa là phương thức
vận dụng. Tất cả chỉ gồm 63 nguyên tố, một con số khá khiêm tốn so với bây giờ. Sau
nhiều cách ông phát hiện rằng, khi sắp xếp các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử của
chúng thì không những không có mâu thuẫn mà ngược lại đã chỉ thẳng ra sự giống nhau
giữa chúng.
Quả thật, sau khi xếp các nguyên tố theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần,
Mendeleev nhận thấy sau những khoảng xác định ta lại gặp những nguyên tố giống nhau
về phương diện hóa học và như vậy trong dãy các nguyên tố, nhiều tính chất của chúng
lặp lại một cách tuần hoàn.
Vậy là ngày 17 tháng 02 năm 1869, hệ thống tuần hoàn ra đời, một ngày lịch sử
trong lịch sử khoa học. Tất cả các nguyên tố được sắp đặt theo 19 hàng ngang và 6 cột
đứng.
- Hàng ngang bao gồm những nguyên tố giống nhau, khối lượng nguyên tử của
chúng tăng từ trái sang phải. Đặc biệt độ dài các hàng ngang này sang hàng ngang khác
thể hiện rõ tính quy luật liên kết giữa các nguyên tố.
- Cột đứng gồm các nguyên tố có tính chất khác nhau. Khi đi từ trên xuống dưới
thì khối lượng nguyên tử của các nguyên tố cũng thay đổi đều đều từ nguyên tố này tới
nguyên tố khác.
Ngày 01 tháng 03 năm 1869, Mendeleev gửi “Thí nghiệm hệ thống các nguyên tố
dựa trên nguyên tử lượng và sự giống nhau về tính chất hóa học của chúng” in thành
bảng nhỏ cho nhiều nhà khoa học Nga và nước ngoài.
Bảng đầu tiên còn xa lạ, nhưng đây là bảng minh họa đầu tiên quy luật do
Mendeleev phát hiện “các nguyên tố sắp xếp theo chiều tăng dần của nguyên tử lượng,
thể hiện tính tuần hoàn rõ rệt về tính chất”.
- Bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev năm 1869:

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

8

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Ti = 50
Zr=90
?=180
V = 51
Nb=94
Ta=182
Cr = 52
Mo=96
W=186
Mn=55
Rh=104,4
Pt=197
Fe = 56
Rn=104,4
Ir=198
Ni=Co=59
Pl=106,6
Os=199
H=1
Cu=63,4
Ag=108
Hg=200
Be=9,4

Mg=24
Zn= 65,2
Cd=112
B=11
Al=27,4
?=68
Ur=116
Au=197?
C=12
Si=28
?=70
Sn=118
N=14
P=31
As=75
Sb=122
Bi= 210?
O=16
S=32
Se=79,4
Te= 128
F=19
Cl=35,5
Br=80
I=127?
Li=7
Na=23
K=39
Rb=85,4
Cs=133

Tl=204
Ca=40
Sr=87,6
Ba=137
Pb=207
?=45
Ce =92
?Er=56
La= 94
?Yi=60
Di= 95
?In=75,6
Th=118?
Mendeleev hiểu rõ rằng quy luật toán học trong sự biến đổi theo hàng ngang và
hàng dọc trong bảng của ông phản ánh một định luật chưa biết trong thực tại. Ông lập tức
sử dụng nó và mạnh dạn tiên đoán những điều không ngờ tới. Những dự đoán ấy như lời
tiên tri báo trước sự tồn tại của những nguyên tố trong các chỗ trống của ông. Mà thực sự
những “chỗ trống” ấy đã được L. Mayer nhận thấy khi xây dựng bảng của mình. Nhưng
Mayer lại không dám tin tưởng, khẳng định để đưa ra quyết định. Ngược lại, Mendeleev
tin chắc rằng những chỗ trống không phá hủy những quy luật đã phát hiện và bình diện
thống nhất của cấu trúc vật chất.
Đóng góp quan trọng của Mendeleev là ở đây, với những ô trống trong bảng ông
tuyên bố rằng các nguyên tố ấy chưa được khám phá. Tuy nhiên ông còn đi xa hơn nữa,
ông tiên đoán một cách mạnh dạn như chính ông đã nhìn thấy các nguyên tố chưa bị
khám phá rằng: chúng có trọng lượng nguyên tử bằng bao nhiêu và các tính chất hóa học
như thế nào?
Bởi vì ông cho rằng, ba nguyên tố chưa bị khám phá đó phải giống như Bo, Nhôm,
Silic và ông đặt tên cho chúng là eka - Bo, eka - Nhôm, eka - Silic. Ông khẳng định eka Silic phải là một chất rắn, có màu nâu xỉn, trọng lượng nguyên tử phải bằng 72 và tỷ
trọng bằng 5.5, hợp chất của eka - Silic với Clo phải là dạng lỏng.
Cần nhấn mạnh rằng, trước đó chưa bao giờ và chưa ai dám tiên đoán như thế. Và

nếu như vậy, chỉ cần một trong ba nguyên tố đó được khám phá cũng đủ để chứng minh ý
nghĩa và sức mạnh của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học do Mendeleev đề ra.
Phương án đầu tiên của hệ thống cho phép Mendeleev nêu lên những kết luận chủ
yếu để cô đúc thành công thức định luật tuần hoàn sau này:
- Các nguyên tố được sắp xếp theo đại lượng khối lượng nguyên tử, thể hiện tính
quy luật về sự thay đổi tính chất.
- Đại lượng khối lượng nguyên tử xác định tính chất của nguyên tố.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

9

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
- Các nguyên tố có khối lượng nguyên tử nhỏ phổ biến hơn trong tự nhiên, tính
chất của chúng được biểu thị mạnh mẽ.
- Có thể hy vọng tìm thấy những chất đơn giản.
- Đôi khi có thể sửa đổi khối lượng nguyên tử các nguyên tố dựa vào khối lượng
nguyên tử các nguyên tố tương tự.
- Một số nguyên tố tương tự lại được phát hiện theo khối lượng nguyên tử của
chúng.
Từ những vấn đề đã nêu trên cho thấy càng đi sâu nghiên cứu, càng mạnh dạn, càng
biện chứng, Mendeleev càng tiến gần tới sự hệ thống hóa các nguyên tố. Điều này chứng
tỏ rằng sự khác nhau chủ yếu giữa bảng của Mendeleev và các bậc tiền bối là ở chỗ so
sánh logic những nguyên tố không giống nhau.

2.2. PHƯƠNG ÁN THỨ HAI. QUÁ TRÌNH PHÁT HIỆN ĐỊNH LUẬT
TUẦN HOÀN

2.2.1. Quá trình phát hiện định luật tuần hoàn
Xuất phát từ chỗ Mendeleev không thỏa mãn với những kết quả đạt được vì ông
nhận thấy phương án đầu có chút gì đó không đáp ứng được.
Thật vậy, phương án thứ nhất không phản ánh được sự giống nhau của các nguyên
tố có họ hàng với nhau theo hóa trị cao nhất. Cụ thể là tất cả các nguyên tố Cr, Mo, W
đều có hóa trị cao nhất +6 theo Oxi nhưng nó cũng có những á kim hàng dài thứ mười ba,
những nguyên tố tương tự Oxi. Như vậy, vấn đề đặt ra là cần phải sắp xếp chúng lại gần
nhau mà không làm mất đi quy luật về sự thay đổi khối lượng nguyên tử theo hàng ngang
và hàng dọc. Do đó, phương án thứ hai đặt ra là ông cần làm cho bảng của mình trở nên
chặt chẽ hơn. Đó lại là một việc không đơn giản, nó đòi hỏi Mendeleev phải mất hơn một
năm rưỡi làm việc căng thẳng, tuy nhiên kết quả xứng đáng đã đền bù công sức của ông.
Chúng ta cùng đi theo con đường mà nhà bác học này đã đi.
Trên tấm thẻ thứ nhất, Mendeleev viết tên của Hiđrô có nguyên tử lượng nhỏ nhất
bằng 1, nguyên tố tiếp theo lúc bấy giờ là Liti có nguyên tử lượng bằng 7 dưới Hiđrô.
Một số nhà bác học cho rằng công thức của Berili Oxit là BeO (trường hợp này
nguyên tử lượng của Be là (9), số khác lại cho công thức là Be2O3 (trường hợp này
nguyên tử lượng bằng (14). Mendeleev đã viết lên tấm thẻ thứ ba là Be (9) chứ không
phải Be (14). Và đó là một bước dũng cảm, ông chỉ chọn một giá trị duy nhất, hoàn toàn
xác định trong số nhiều giá trị nguyên tử lượng của Be. Mendeleev chú ý đặc điểm các
tính chất hóa học của Berili, các tính chất này là sự chuyển tiếp dần từ tính chất của Liti
đến tính chất của Bo.
Mendeleev đặt tấm thẻ Bo vào vị trí thứ tư; Cacbon vào vị trí thứ năm; vị trí thứ sáu
có Nitơ; tiếp đến là Oxi và Flo. Tấm thẻ thứ 9 của kim loại Natri được xếp dưới tấm thẻ
thứ hai của Liti. Theo thứ tự vị trí tiếp theo là Magiê, đến Nhôm. Dưới Cacbon có Silic;
dưới Nitơ có Photpho, dưới Oxi có Lưu huỳnh; dưới Flo có Clo.
H
1
Li
7
Na

23

Be

B

9
Mg
24

Al

C
11

N
12

Si

O
14

P

27

28

F

16

S
31

19
Cl

32

35

Như vậy, các nguyên tố có tính chất hóa học giống nhau được xếp hành “cột dọc”.
Cách sắp xếp này hoàn toàn thể hiện rõ tính tuần hoàn về tính chất các nguyên tố. Chẳng
hạn:
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

10

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
- Kim loại Liti giống Natri: mềm, nhẹ, cắt được bằng dao, tác dụng mãnh liệt với
nước tạo thành kiềm.
- Berili giống Magiê.
- Flo có nhiều tính chất giống Clo: chúng đều tạo với kim loại những hợp chất
giống nhau.
- Tính chất hóa học của Oxi và Lưu huỳnh giống nhau.
Tiếp theo là sự sắp xếp các nguyên tố:

K
Ca
Ti
V
Cr Mn
Fe,Co,Ni
39
40
48
51
52
55 56,59,59
Cu
Zn
As
Se
Br
63
65
75
78
80
Tuy nhiên, khi tiếp tục xây dựng bảng của mình, Mendeleev không hề xếp các tấm
thẻ như vậy. Dưới tấm thẻ Natri, ông xếp tấm thẻ mang tên nguyên tố Kali (nguyên tố
đứng đầu một dãy mới). Dưới Magiê có nguyên tố Canxi rất giống nguyên tố đứng trên là
Magiê.
Nhóm

I
H

1
Những nguyên Li
tố điển hình
7
Na
Hàng 1
23
Chu
kỳ 1
K
Hàng 2
39
Cu
Hàng 3
63
Chu
kỳ 2
Rb
Hàng 4
Chu
kỳ 3
Chu
kỳ 4

Hàng 5
Hàng 6
Hàng 7
Hàng 8

Ag

Cs
-

Chu Hàng 9 Au
kỳ 5 Hàng 10
Oxit cao nhất

R2O

II

III

IV

V

VI

VII

Be
9
Mg
24
Ca
40
Zn
65
Sr

88
Cd
112
Ba
-

B
11
Al
27
-

C
12
Si
28
Ti
52
-

Y
89
In
114
-

Zr
91
Sn
119

Ce
-

N
14
P
31
V
51
As
75
Nb
94
Sb
120
Ta

O
16
S
32
Cr
52
Se
78
Mo

F
19
Cl

35
Mn
55
Br
80
-

Hg
R2O2
(RO)

Tl
R2O3

Pb
Th
R2O4
(RO2)
RH4

Bi
R2O5

Ur
R2O6
(RO3)
RH2

Te

VIII

Fe,Co,Ni
56,59,59

I

W

R2O7

Cs,Ir,
Pt,Au

R2O8
(RO4)

Hợp chất
RH5
RH3
RH
Hiđrô cao nhất
Tiếp theo trong dãy tăng dần nguyên tử lượng lẽ ra phải là Vanadi nhưng tấm thẻ
Vanadi được tạm để sang một bên, và thay vào đó bên cạnh Canxi là một tấm thẻ trắng.
theo quan điểm của các nhà bác học thời bấy giờ đó là một cách xử sự khó hiểu và không
có cơ sở gì cả.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

11

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
Vị trí tiếp theo này lại có Titan. Nguyên tố này Mendeleev đã dám thay đổi nguyên
tử lượng từ 52 thành 48. Trong khi bản thân ông chưa có một công trình nghiên cứu nào
về nguyên tố đó và trái với những điều mà các nhà bác học trên toàn thế giới biết về
Titan. Cuối cùng sau Titan là Vanadi, đến Crôm và Mangan.
Chu kỳ này trong bảng Mendeleev là chu kỳ dài, sau Mangan là Sắt, Coban, Niken;
sau đó là Đồng, Kẽm. Ngay sau Kẽm, nhà bác học lại để hai vị trí trống liền nhau trong
bảng.
Tiếp theo đó là các tấm thẻ của các nguyên tố đã được biết rõ: Asen, Selen và Brom
kết thúc chu kỳ dài.
Từ những điều chúng ta vừa phân tích rõ ràng mọi sự xảy ra không đơn giản như
chính Mendeleev đã kể lại. Chỉ riêng những sự kiện mà các nhà bác học trước Mendeleev
đã biết dù tổ hợp bằng cách nào cũng không đủ để phát minh ra một trong những định
luật vĩ đại của tự nhiên: “Định luật tuần hoàn”.
Những chỗ trống trong bảng có ý nghĩa gì? Phải chăng đó là những khoảng trống
trong tự nhiên, do đó các nhà hóa học không thể tìm thấy các nguyên tố cho các ô trống
của bảng.
Chẳng hạn, liệu trong tự nhiên có nguyên tố nào có nguyên tử lượng lớn hơn của
Canxi và bé hơn Titan, đồng thời có tính chất hóa học giống Bo và Nhôm?
Năm 1870, trong tạp chí hội hóa học Nga xuất hiện bài báo của Mendeleev. Nhan
đề bài báo “Hệ thống tự nhiên các nguyên tố và ứng dụng của hệ thống này để chỉ ra tính
chất các nguyên tố chưa được phát minh”.
Ta thử so sánh tính chất của các nguyên tố ở ô trống với tính chất các nguyên tố lân
cận.
Mendeleev gọi tên nguyên tố giả định sẽ phải có trong vị trí ô trống thứ nhất là eka
- Bo. Trong bảng eka - Bo đứng sau Canxi. Mendeleev gọi tên nguyên tố phải chiếm vị

trí ô trống gần kẽm là eka - Nhôm và nguyên tố lân cận là eka - Silic.
Vị trí trống của eka - Bo nằm giữa Canxi (40) và Titan (48). Do đó, nguyên tử
lượng của eka - Bo phải nằm gần giá trị trung bình:
40 + 48
= 44
2
Eka - Bo phải tạo thành với Oxi có thành phần tương tự oxit của Bo và Nhôm
:X2O3. Và là kim loại nhẹ vì nó nằm giữa 2 kim loại nhẹ Canxi và Titan.
Tỉ khối tương đối của các nguyên tố lân cận eka - Bo trong bảng cho phép xác định
cả tỉ khối tương đối của eka - Bo. Tỉ khối của Canxi là 1.5, của Titan là 4.5, vậy tỉ khối
của eka - Bo phải xấp xỉ:
1.5 + 4.5
= 3.0
2
Eka - Bo phải tạo nên những muối không màu vì các nguyên tố lân cận tạo nên hợp
chất không màu. Eka - Bo không bay hơi vì các nguyên tố lân cận không bay hơi. Tính
bazo của nguyên tố đó yếu vì tính bazo của oxit Titan yếu.
Bằng cách này có thể tiên đoán tính chất hóa học của nguyên tố mới bên cạnh kẽm:
eka - Nhôm và eka - Silic.
Phương án thứ hai khác nhiều so với phương án đầu tiên. Những hàng ngang ở
phương án đầu tiên chuyển thành hàng dọc. Tính họ hàng của các nguyên tố được thể
hiện chặt chẽ. Ở dạng này còn xuất hiện thêm một bộ phận mới gọi là nhóm. Do đó, cách
sắp xếp này tạo ra 8 nhóm nguyên tố. Sáu cột đứng ở phương án đầu tiên chuyển thành
các chu kỳ, chúng được phân chia thành 12 hàng. Mỗi chu kỳ bắt đầu bằng một kim loại
kiềm hoạt động mạnh và kết thúc bằng một á kim điển hình halogen.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

12

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc

Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
Phương án thứ hai này được xây dựng phức tạp và hiện đại hơn, nó giúp Mendeleev
có khả dự đoán sự tồn tại của nhiều hơn 4 nguyên tố như ở phương án đầu tiên. Đồng
thời ông còn dự đoán được khả năng tồn tại của các nguyên tố sau Urani. Tám nguyên tố
được ông sắp xếp trong hệ thống trái hẳn với quan điểm được thừa nhận vào thời kỳ đó
về sự giống nhau của chúng với các nguyên tố khác.
Ví dụ: Berili (Be) trước đây cho rằng nó là nguyên tố hóa trị 3 giống như Al, ông lại
cho tương tự Ca.
Hay Tali (Tl) trước kia cho rằng nó là kim loại kiềm, nhưng ông tách nó ra khỏi
những nguyên tố kim loại kiềm đưa nó vào nhóm III để phù hợp với hóa trị thực nghiệm
cao nhất của nó.
Với nhiều cải tiến, Mendeleev đã được hầu hết các nhà bác học nhất trí. Tuy nhiên,
thoạt đầu giới khoa học phương Tây nghi ngờ hệ thống và những tiên đề của ông. Tuy
nhiên với niềm tin vững chắc vào tính tự nhiên trong hệ thống của mình, trong tính chính
xác khoa học, Mendeleev đã thực hiện bước nhảy kỳ diệu trong lịch sử hóa học khi thách
thức thế giới bác học.
Năm 1871, Mendeleev đã trình bày định luật do ông phát minh: “Tính chất của các
đơn chất đơn giản cũng như dạng và tính chất của các hợp chất của các nguyên tố đều
phụ thuộc tuần hoàn vào trọng lượng nguyên tử của các nguyên tố”.
2.2.2. Các tiên đoán của Mendeleev đã được kiểm nghiệm
Năm 1875, nhà bác học về quang phổ người Pháp P.Lecoq De Boisbaudran tách
được một nguyên tố mới khỏi chất khoáng lấy từ dãy núi Pyrénées. Ông lưu ý đến vạch
tím nhạt trong quang phổ của chất khoáng, vạch này không thể gán cho bất cứ nguyên tố
hóa học nào đã biết. Ông gọi tên nguyên tố này là Gali.
Gali là kim loại hiếm, Boisbaudran phải mất nhiều công sức mới có thể khai thác
được một lượng kim loại nhỏ bằng đầu kim. Nhưng Boisbaudran rất khéo léo, ông đã sử
dụng mẫu kim loại đó để làm thí nghiệm và đã mô tả tỉ mỉ nhiệt độ nóng chảy hợp chất
với Oxi và ngay cả muối của Gali.

Boisbaudran công bố phát minh của mình cùng với việc chỉ ra tính chất, đặc biệt là
tỷ trọng của Gali bằng 4,7 và đăng trong tạp chí của Viện hàn lâm khoa học Pari.
Mendeleev sau đó đã viết thư cho Viện hàn lâm xác định tỷ trọng nguyên tố mới là không
chính xác (mặc dù Mendeleev chưa từng nhìn thấy Gali), nó phải nằm trong khoảng 5,9 –
6,0 đúng như eka - nhôm mà ông đã dự đoán. Như vậy buộc nhà bác học Pháp phải tiến
hành xác định lại và quả thật nó bằng 5,96. Đây đúng là một kết quả tuyệt vời.
Năm 1879, nhà bác học L.Nilsơn tìm thấy nguyên tố mới trong chất khoáng hiếm
Gadolinit. Người ta gọi nguyên tố mới đó la Scandi. Sự trùng khớp giữa những tính chất
của nguyên tố Scandi do ông tìm ra với những tính chất mà Mendeleev đã dự đoán đối
với eka - Bo làm L.Nilsơn càng thêm tin hơn là đang nói về một nguyên tố.
Vào năm 1886, nhà hóa học Đức K.Winkler phát minh được nguyên tố mới gọi là
Gecmani. Ông rất tin tưởng ở sự trùng lặp tuyệt đối giữa những tính chất của nguyên tố
do ông tìm ra với những tính chất của eka - silic mà Mendeleev đã từng dự đoán. Và phát
dĩ nhiên phát minh này là điều khẳng định mạnh mẽ hơn cho một học thuyết táo bạo. Nó
đánh dấu sự mở rộng đặc sắc tầm mắt hóa học, một bước nhảy vọt trong lĩnh vực nhận
thức.
Cả ba nguyên tố đã phù hợp một cách kỳ lạ giữa những tính chất đã tiên đoán với
những điều đã đo đạc được. Điều này đã khẳng định tính thiên tài của Mendeleev và củng
cố uy tín cho bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố do ông sáng lập. Mendeleev hài
lòng vì được chứng kiến sự khám phá cả 3 nguyên tố ngay lúc ông còn sống. Như vậy,
việc phát hiện ra Gali, Scandi, Gemani là thành công vĩ đại nhất của định luật tuần hoàn.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

13

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
Mendeleev đã tiên đoán sự tồn tại trong tự nhiên hơn 10 nguyên tố mới, chưa ai biết. Ông

tiên đoán nguyên tử lượng đúng cho khoảng một chục nguyên tố. Các nhà nghiên cứu
tiếp tục tìm tòi các nguyên tố mới trong tự nhiên, dựa trên định luật tuần hoàn và hệ
thống tuần hoàn. Định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn không những giúp các nhà
bác học trên con đường tìm chân lí mà còn giúp chỉnh lí các sai lầm và lạc hướng trong
khoa học.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

14

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Chương 3: BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV
Chúng ta sẽ bắt đầu nghiên cứu cấu tạo bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với
dạng ngắn do nó hoàn thiện về kết cấu và D.I.Mendeleev thường đưa ra hơn trong nhiều
lần xuất bản của mình về cuốn “Những cơ sở của hóa học”. Hơn nữa, là nó được thừa
nhận như là tài liệu giáo khoa cho các trường phổ thông.

3.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ
3.1.1. Các chu kỳ
Các cột ngang trong bảng là các chu kỳ được đánh số thứ tự từ bên trái bằng chữ số
Ả Rập, hoặc là các hàng riêng biệt của chúng.
Trong bảng có tất cả 7 chu kỳ gồm 12 hàng. Ta có thể hiểu chu kỳ là dãy các
nguyên tố có các tính chất biến thiên liên tục, chẳng hạn dãy tám nguyên tố từ Liti đến
Neon.
Ở phần giữa các chu kỳ có những nguyên tố mang tính chất lưỡng tính, nghĩa là vừa
biểu hiện tính chất của một kim loại vừa biểu hiện tính chất của một á kim nhưng một

trong hai tính chất này được biểu hiện trội hơn.
Ví dụ:
- Đầu tiên là Na (Natri) kim loại kiềm hoạt động mạnh.
- Tiếp theo là Mg (Magie) tính hoạt động kim loại yếu hơn.
- Sau đó là Al (Nhôm) nguyên tố lưỡng tính.
Như vậy tính kim loại giảm dần và tính á kim tăng dần từ trái sang phải theo chu kỳ.
Độ dài các chu kỳ khác nhau, nghĩa là nó chứa các số lượng khác nhau các nguyên tố.
- Chu kỳ 1 có 2 nguyên tố: Hiđrô (H) và Heli (He) nguyên tử của 2 nguyên tố này
đều có cùng 1 lớp electron chỉ khác về số electron, như vậy số thứ tự của H là 1 đúng
bằng điện tích hạt nhân của nó là +1, của He là 2 trùng với điện tích hạt nhân của nó là
+2.
- Chu kỳ 2 và 3 mỗi chu kỳ gồm 8 nguyên tố thuộc những phân nhóm chính của 8
nhóm khác nhau.
- Chu kỳ 4 và 5 mỗi chu kỳ gồm có 18 nguyên tố. Ngoài 8 nguyên tố thuộc phân
nhóm chính, căn cứ 10 nguyên tố được gọi là nguyên tố chuyển tiếp thuộc 8 phân nhóm
phụ, trong đó phân nhóm phụ thuộc nhóm thứ 8 gồm bộ 3 nguyên tố.
- Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố. Ngoài 18 nguyên tố thuộc 8 phân nhóm chính và 8
phân nhóm phụ như chu kỳ 4 và 5, còn có 14 nguyên tố tiếp sau nguyên tố Lantanoit (La)
- nguyên tố đầu của bộ 10 nguyên tố chuyển tiếp - thuộc phân nhóm đặc biệt Lantanoit.
- Chu kỳ 7 vẫn chưa được hoàn thành nhưng cũng được xây dựng một cách tương
tự chu kỳ 6. Sau nguyên tố chuyển tiếp Actinoit (Ac) là những nguyên tố thuộc phân
nhóm Actinoit.
Từ đó có thể rút ra một số kết luận sau đây:
- Chu kỳ là một dãy các nguyên tố, có cùng số lớp điện tử, bắt đầu là nguyên tố có
electron ns1. Kết thúc là nguyên tố có electron bão hòa ở phân lớp np6.
- Số thứ tự của chu kỳ đúng bằng số lớp electron của nguyên tử, chính là bằng giá
trị cực đại của số lượng tử chính (n) trong cấu hình electron. Nguyên tử của các nguyên
tố đã biết hiện nay có từ 1 đến 7 lớp nên trên thực tế chỉ có 7 chu kỳ. Từ chu kỳ 1 sang
chu kỳ 2 thêm 1 lớp electron. Từ chu kỳ 2 sang chu kỳ 3 thêm một lớp electron nữa.
- Sự gia tăng số lớp electron làm cho electron càng tăng, ngày càng ở xa nhân tức

là bán kính nguyên tử tăng nhưng ở mỗi lớp số electron tăng dần từ 1 (ở ns1) đến 8 (ở ns2
np6) nghĩa là từ đầu đến cuối chu kỳ, các nguyên tố có số electron lớp ngoài cùng tăng
dần như sau (chỉ ghi phân lớp ngoài).
ns1 ns2 np2 np4 np5 np6
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

15

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
- Qui luật này lặp đi lặp lại ở các chu kỳ, nói một cách khác cấu tạo nguyên tử có
tính tuần hoàn lặp đi lặp lại từ chu kỳ này sang chu kỳ kia
+ Chu kỳ 1: 1s2
+ Chu kỳ 2: 2s22p6
+ Chu kỳ 3: 3s23p6
+ Chu kỳ 4: 4s23d14p6
+ Chu kỳ 5: 5s24d105p6
+ Chu kỳ 6: 6s2 4f145d106p6
+ Chu kỳ 7: 7s2 5f14
- Như vậy lớp vỏ ngoài cùng của các nguyên tố trong mỗi chu kỳ có thể viết chung
2
là ns (n - 2) f14(n - 1)d10np.
Do vậy:
- Ở chu kỳ 1 với n = 1 chỉ có 1s nên có 2 nguyên tố
- Chu kỳ 2 phải làm đầy lớp 2s và 2p
cần 8 electron nên chỉ có 8 nguyên tố.
- Chu kỳ 3 phải làm đầy lớp 3s và 3p
- Chu kỳ 4 phải làm đầy 4s3d4p.

cần có 18 electron nên chỉ có 18 nguyên tố.
- Chu kỳ 5 phải làm đầy 5s4d5p.
- Chu kỳ 6 phải làm đầy 6s4f5d6p , nghĩa là cần 2+14+10+6 = 32 electron nên cần
có 32 nguyên tố.
3.1.2. Nhóm
Nhóm là một tổ hợp một số nguyên tố theo nguyên tắc chung có hóa trị dương như
nhau trong các oxit cao nhất của chúng.
Bởi trước đó Mendeleev thành lập nhóm các nguyên tố từ các hàng khác nhau của
các nguyên tố giống nhau, nên không có gì ngạc nhiên nếu trong một nhóm có những
nguyên tố họ hàng rất xa (chẳng qua là chúng có cùng hóa trị).
Ví dụ: với nhóm VII, sự giống nhau giữa một nguyên tố Halogen bất kỳ nào với
Mangan (Mn) chỉ còn là cùng có hóa trị 7+ trong các oxit và axit cao nhất của chúng.
Bảng của Mendeleev lúc đầu có tám nhóm, sau khi phát minh ra khí trơ thì là 9
nhóm, do hóa trị của chúng bằng 0. Tuy nhiên, sau quá trình nghiên cứu, nguời ta xác
định rằng một vài nguyên tố khí trơ có khả năng tạo hợp chất và hóa trị dương của chúng
đạt đến 8+. Và thế là việc cần thiết phải đưa chúng vào nhóm VIII. Cấu trúc này theo
nhiều ý kiến là hoàn chỉnh và hợp lý hơn cả.
Quy tắc được đưa ra là: tổng đại số hóa trị dương và hóa trị âm cao nhất của một
nguyên tố á kim bằng 8.
Ví dụ: Photpho (P), nhóm V:
- Hóa trị dương trong oxit cao nhất là 5+.
- Hóa trị âm trong hợp chất Hiđrô là 3- .
Vậy 5 + 3 = 8.
Tuy nhiên, cái gì cũng có ngoại lệ của nó. Chẳng hạn Brom (Br) là nguyên tố nhóm
VII nhưng hóa trị dương cao nhất không là 7+ mà là 5+,…chỉ có Heli và Neon nếu xuất
phát từ những dự kiến về năng lượng thì thực sự chúng vẫn chỉ là các nguyên tố trơ.
3.1.3. Phân nhóm
Phân nhóm là khái niệm hẹp hơn khái niệm nhóm, nhưng không kém quan trọng
hơn. Nó là một dãy các nguyên tố giống nhau về tính chất hóa học. Nguyên nhân của sự
tương tự này là ở chỗ cùng có một kiểu cấu tạo lớp vỏ điện tử của các nguyên tử các

nguyên tố.
Ta có thể phân loại như sau:
- Các phân nhóm chính (8): loại I (2 - ns), loại II (6 - np).
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

16

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
- Các phân nhóm phụ (10): loại III (nd)
- Các phân nhóm phụ thứ hai (14): loại IV (nf)
Nhận thấy rằng số phân nhóm của 4 loại lập thành cấp số cộng và nó không phải là
một sự ngẫu nhiên. Nó giải thích các vấn đề sau:
- Sự phân chia các phân nhóm theo các loại được quyết định bởi những đặc điểm
trong cấu tạo lớp vỏ điện tử của nguyên tử các nguyên tố của mỗi loại.
- Sự sắp xếp lẫn nhau giữa phân nhóm chính và phân nhóm phụ cũng theo các
cách khác nhau.
- Do sự gần nhau về tính chất giữa các nguyên tố phân nhóm chính của nhóm III,
gồm toàn các kim loại, với các nguyên tố phân nhóm phụ cũng gồm toàn kim loại, nên
một số nhà bác học bố trí các nguyên tố trong nhóm đó theo cách khác với nhóm trong
bảng thường dùng.
3.1.4. Số thứ tự nguyên tử các nguyên tố (Ô)
Một khái niệm quan trọng trong bảng hệ thống tuần hoàn là số thứ tự nguyên tử của
nguyên tố. Tất cả các nguyên tố được Mendeleev sắp xếp theo một trình tự nhất định từ
trái sang phải theo chu kỳ, sau đó chuyển tiếp từ nguyên tố cuối cùng của một chu kỳ tới
nguyên tố đầu tiên của chu kỳ tiếp theo rồi cứ lặp lại như thế…
Về cơ bản, trình tự này phù hợp với sự tăng dần khối lượng nguyên tử của các
nguyên tố. Tuy nhiên lại có một vài nguyên tố sắp xếp trái ngược với khối lượng nguyên

tử của chúng, mục đích là không phá hủy sự tương xứng về tính chất hóa học. Mendeleev
đã mạnh dạn “hy sinh” khối lượng nguyên tử cho các tính chất hóa học của nguyên tố, vì
vậy Mendeleev tạo được sự độc đáo trong bảng của mình.
Lúc đầu, Mendeleev không đánh số thứ tự cho các nguyên tố ở dãy của mình, sau
này mới được tiến hành. Số thứ tự các nguyên tố đúng bằng điện tích hạt nhân của
nguyên tử của nguyên tố đó.

3.2. NHỮNG QUY LUẬT THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CÁC NGUYÊN TỐ
3.2.1. Quy luật biến thiên tính chất các nguyên tố trong một chu kỳ
Trong một chu kì, khi đi từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần nhưng số lớp
electron bằng nhau cho nên lực hút hạt nhân tới các electron lớp ngoài cùng tăng dần,
nguyên tử dễ thu thêm electron, do đó tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần.Vì
thế mà lực hút của các hạt nhân với electron ngoài cùng là:
F= k
Với: z là điện tích hạt nhân,
e là điện tích electron,
r là khoảng cách từ nhân đến electron ngoài cùng
Ví dụ: Chu kì 3 bắt đầu bằng Natri là một kim loại điển hình, rồi đến Magie là một
kim loại hoạt động mạnh nhưng kém Natri; Al là một kim loại nhưng hiđrôxit mang tính
chất lưỡng tính; Si là một phi kim, rồi từ P → S → Cl, tính phi kim mạnh dần, Cl là phi
kim điển hình, cuối cùng là khí hiếm Ar. Qui luật trên được lặp lại trên mỗi chu kì.
3.2.2. Quy luật biến thiên tính chất các nguyên tố trong một nhóm
Trong một nhóm, theo chiều từ trên xuống dưới, số electron tăng dần làm bán kính
nguyên tử tăng nhanh trong khi điện tích hạt nhân tăng chậm hơn, lực hút với các
electron ngoài cùng càng giảm, do đó khả năng nhường electron lớp ngoài cùng càng
tăng nên tính kim loại tăng, tính phi kim giảm dần.
Ví dụ: nhóm 1 gồm các kim loại điển hình, tính kim loại tăng rõ rệt từ Li → Cs. Cs
là kim loại mạnh nhất.

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

17

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc


Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev

Chương 4: QUÁ TRÌNH BỔ SUNG
BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN
4.1. ĐƯA NGUYÊN TỐ KHÍ TRƠ VÀO HỆ THỐNG TUẦN HOÀN
Một vấn đề thú vị được đưa ra là D.I.Mendeleev đã tiên đoán sự tồn tại của các
nguyên tố trơ và chúng có phải là chất khí hay không? D.I.Mendeleev rất chú ý phân tích
khối lượng nguyên tử các nguyên tố để có thể kết luận rằng giữa mỗi halogen và kim loại
kiềm tiếp theo về nguyên tắc thì có thể có một nguyên tố trung gian nào đó chưa được
biết đến. Vậy có nghĩa là ông đã tiên đoán. Như vậy, tính chất của các nguyên tố này như
thế nào? Không có cơ sở nào để kết luận, nhưng Mendeleev không lường trước được có
một phương án thứ ba: những nguyên tố này sẽ trơ về mặt hóa học.
Vào cuối năm 1884, N.A.Morozop bị chính quyền nhà vua bắt cầm tù vì tham gia
hoạt động cách mạng. Nỗi buồn phiền trong nhà tù giúp ông làm quen với hệ thống bảng
tuần hoàn của Mendeleev. Tương tự như phương án thứ hai của Mendeleev ông đã lập ra
một bảng gồm tám hàng dọc với các loại cacbuahiđrô cũng như gốc của chúng và bảy
hàng ngang. Thật ngạc nhiên là ông rút ra một kết luận không ngờ: các hợp chất
cacbuahiđrô trơ về mặt hóa học (kém hoạt hóa). N.A.Monozop dự đoán rằng trong thiên
nhiên tồn tại những nguyên tố trơ, chúng phải là những chất khí và nên tìm chúng trong
không khí.
Ngày 24 tháng 10 năm 1868 trong phiên họp của viện hàn lâm khoa học Pari, họ đã
thông báo rằng trong phổ của phần lõi Mặt Trời có một vạch vàng và kết luận rằng nó
thuộc về một nguyên tố đặc biệt trên vũ trụ người ta gọi đó là Heli tên của Mặt Trời thời
cổ đại.

Trong thập niên của những năm 1880, D. Relay - nhà Vật lý học người Anh - đã
nghiên cứu tỷ trọng của các chất khí. Sau đó, Ramsay tiếp tục nghiên cứu thật tỉ mỉ
những vấn đề của Relay. Ông lấy một lượng xác định không khí, đuổi hết oxi và nito, thu
được một ít cặn. Ông cho cặn đó vào ống thủy tinh, cho dòng điện chạy qua, dùng kính
quang phổ quan sát cặn khí này bị đun nóng. Ông thấy một vạch mới không giống với
một trong những nguyên tố đã phát hiện. Điều đáng nói là nó không có chỗ trong bảng hệ
thống tuần hoàn.
Cuối cùng, ông nảy ra một ý nghĩ rằng có thể bảng hệ thống tuần hoàn đã bỏ qua
một cột dọc các nguyên tố vì Mendeleev không có chìa khóa để cho phép ông đưa ra cột
ấy. Ông đặt tên các chất khí do mình khám phá ra là Agon (nghĩa là “trơ”) bởi vì nó
không màu, không mùi vị, không tham gia phản ứng.
Một năm sau, Ramsay lại khám phá ra chất khí mới trong lúc đun nóng một quặng
kí hiếm là Cleveite. Nó hoàn toàn giống phổ của Heli quan sát ở Mặt Trời, tiếp tục
nghiên cứu cùng với cộng sự Treve (sinh viên của ông) đã thu được Heli từ không khí.
Trong vòng một thời gian rất ngắn sau đó, họ đã khám phá ra 3 nguyên tố mới có tên gọi
là: Neon (nghĩa là “mới”), Cripton (nghĩa là “ẩn nấp”), và Xeon (nghĩa là “không quen
biết”).
He Ne Ar Kr Xe Rn
Năm 1901, Exơ Đôn khám phá ra chất khí trơ cuối cùng. Đôn khẳng định chất khí
được tạo ra do sự phân rã phóng xạ của Rađi là thành viên cuối cùng và là nguyên tố
nặng nhất của họ khí trơ, người ta gọi nó là Rađon.
Phương pháp suy luận của N.A.Monozop và Ramsay đã thành công trong việc tiên
đoán những điều mà ngay chính tác giả chưa làm được một cách hoàn chỉnh. Có lẽ các
nguyên tố này rất hiếm trên Trái Đất nên nó bị phát hiện khá muộn và chưa có một
nguyên tố nào được khám phá trước Mendeleev. Một số nhà bác học không tin vào hệ
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

18

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc

Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
thống của D.I.Mendeleev đã cố gắng giải thích những phát minh của các nguyên tố khí
trơ như một đòn đánh vào hệ thống của Mendeleev hay là một sự cải chính đối với hệ
thống này. Mendeleev đã gọi các nhà bác học phát minh ra những nguyên tố mà ông đã
dự đoán là “những người củng cố” định luật tuần hoàn. Sự phát minh ra các nguyên tố
khí trơ đã bổ sung cho hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev bằng các nguyên
tố kết thúc chu kỳ, chúng là những nguyên tố chiếm vị trí trung gian giữa những á kim
điển hình và những kim loại điển hình.
Cuối cùng, cuối thế kỉ XIX, niềm vinh quang danh tiếng khắp thế giới đã đến với
D.I.Mendeleev, khi định luật của ông được củng cố đầy đủ. Định luật tuần hoàn là định
luật hoàn toàn mới, một định luật của tự nhiên được xây dựng chặt chẽ. Thật vậy, vinh
quang nào cũng phải trải qua đắng cay, thử thách; cái chính là họ có vượt qua được nó
hay không? Có biết bao thử thách mà bảng tuần hoàn phải trải qua, sau mỗi lần như vậy
bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleev càng trở nên vững vàng, toàn diện hơn.

4.2. CHẾ TẠO VÀ PHÁT HIỆN CÁC NGUYÊN TỐ MỚI
Đầu thế kỉ XX (1937) tổng số các nguyên tố được biết đến lúc bấy giờ là 88. Urani
nằm ở ô 92 là nguyên tố nặng nhất trong các nguyên tố; từ đó rút ra rằng trong bảng hệ
thống tuần hoàn Mendeleev còn bốn ô tương ứng với số thứ tự 43, 61, 85, 87. Mọi cố
gắng phát hiện những nguyên tố này trong tự nhiên đều không đạt kết quả.
Những ô trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev mãi đến thời kỳ 1937 - 1940
mới được lấp đầy.
Và trong 4 nguyên tố này thì có 3 nguyên tố thu được bằng con đường nhân tạo,
nhờ các phản ứng hạt nhân. Chỉ có nguyên tố nằm ở ô 87 là được tìm thấy trong tự nhiên.
Chúng ta cùng tìm hiểu xem các nguyên tố đó được điều chế như thế nào?
4.2.1. Tecnơxi ( Tc)
Nguyên tố này có trong tự nhiên với một lượng rất nhỏ, mãi đến năm 1937 bằng
con đường nhân tạo thì điều đó mới được xác định chắc chắn. Nguyên tố này hoàn toàn

không có trong tự nhiên, chính là do nó không bền, tức có tính “phóng xạ”. Hình như có
một quy luật lần đầu tiên được Sucarév phát hiện. Theo quy luật này thì không thể tồn tại
những đồng lượng (những nguyên tố có cùng khối lượng), mà cả hai đều bền, nghĩa là
một trong hai chúng phải không bền.
Xét hai nguyên tố lân cận về số thứ tự trong bảng tuần hoàn, thì nguyên tố ở ô 43
cần phải có khối lượng nguyên tử vào khoảng 99, là giá trị trung gian giữa khối nguyên
tử các nguyên tố lân cận theo hệ thống: ô 42 là Molypden (Mo) (95,95) và nguyên tố ô 44
là Rutêni (Ru) (107,7). Những đồng vị có thể có của ô 43 cần phải có số khối gần số 99,
nằm trong khoảng 96 → 102.
Hơn thế nữa, tất cả các ô số, cả hai phía số 99 và cả số 99 đều được chiếm bởi
những số khối các đồng vị bền hoặc là của Molypden hoặc của Rutêni.
Bởi vậy đồng vị của nguyên tố ô 43 này phải không bền. Nguyên tố này được điều
chế ở Mỹ bằng cách bắn phá các đồng vị Molypden có số khối từ 94 → 97 bởi các
đơtêron:
Mo + D →
Tc + n
Nguyên tố này được E.Xêgre và K.Periê phát hiện và nó được gọi là Tecnexi (Tc)
để chào mừng sự thành công của kỹ thuật. Khi ở trong phân nhóm Mangan (Mn),
Tecnexi (Tc) giống Mangan (Mn) và càng giống Reni hơn.
Số khối của đồng vị bền nhất trong các đồng vị của nó là 99.
4.2.2. Prômêti (Pm)
Nguyên tố ô 61 là nguyên tố thứ tư trong số các Lantanit, không có trong tự nhiên
nhiên do tính phóng xạ giống như Tecnexi.
GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

19

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc

Tìm hiểu lịch sử xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev
Hai nhà bác học M.Pun và L.Kvin đã điều chế được nguyên tố nhân tạo khoảng
năm 1938, bằng cách bắn phá các đồng vị của Nêodi bởi các đơtêron:
Nd + D →
E+ n
Với A là số khối, nhưng các nhà bác học này không thành công khi tách và xác định
bản chất của nó. Năm 1947 L.Glendennhin và I.Marinski (người Mỹ) đã phát minh ra
Nêodi, từ sản phẩm phân chia Urani trong lò hạt nhân. Họ đặt tên nguyên tố này là
Prômêti (Pm), để tỏ lòng kính trong người anh hùng Prômêtê trong thần thoại Hy Lạp.
là đồng vị bền nhất, thường có hóa trị 3 và giống Lantan.
4.2.3. Atatin (At)
Vị trí của nguyên tố này là ô 85, Mendeleev đã tiên đoán năm 1870 với tên gọi là
Êcaiôt, thuộc họ Halogen (giống Iôt). Atatin được xem là nguyên tố phóng xạ, bởi vì hạt
nhân của nó lớn hơn của Bitmut.
Nhiều nhà bác học đã kiên trì nghiên cứu tìm nguyên tử này trong tự nhiên nhưng
mãi không tìm được.
Đến năm 1940, nguyên tố được tổng hợp nhân tạo tại Mỹ, do D.Cocxơn,
K.Mackenzi và E. Xêgre. Các nhà bác học này dùng tia để bắn phá hạt nhân Bitmut.
Bi + He → 2 E + At
Nguyên tố này được đặt tên theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là không bền, có chu kỳ
phân hủy 7,5 giờ và số khối là 211. Tuy lượng sản phẩm rất ít, nhưng các nhà khoa học
này đã nghiên cứu được một số tính chất hóa học và nhận thấy nó giống Iôt, tính kim loại
thể hiện yếu.
Họ tìm ra một đồng vị nữa là
At là đồng vị bền nhất, có chu kỳ phân hủy lớn hơn
một ít là 8,3 giờ. Cũng vào thời gian này, các nhà khoa học Áo thuộc viện Rađi Viên đã
thành công trong việc tìm Atatin trong tự nhiên.
Để giải thích điều này, chúng ta lưu ý rằng khi nghiên cứu các dãy phóng xạ tự
nhiên (hai dãy Urani và Thori) thì trong số những đồng vị phóng xạ trung gian, cũng thấy
xuất hiện đồng vị 215At với chu kỳ phân hủy 10-4 giây; 216At với chu kỳ phân hủy 3.10-4

giây… Cho đến nay đã biết được 20 đồng vị Atalin, phần nhiều có chu kỳ phân hủy rất
bé. Lớn nhất là đồng vị 210 với chu kỳ phân hủy 8,3 giờ.
4.2.4. Franxi (Fr)
Khác với ba nguyên tố đứng trước nó, không được phát hiện bằng phản ứng hạt
nhân. Ô số 87 là ô trống cuối cùng trong bảng các nguyên tố tính từ Hiđrô đến Urani.
Nguyên tố Franxi (Fr) thuộc dãy kim loại kiềm. Nó được tìm thấy vào năm 1939, khi
nghiên cứu cẩn thận các sản phẩm phân rã phóng xạ hạt nhân đồng vị Actini có số khối
227. Vinh dự phát minh ra nguyên tố này là nữ bác học Magarit Perê người Pháp và bà
gọi nguyên tố này là Franxi để kỷ niệm quê hương của mình. Bà nghiên cứu rất chi tiết
tính chất phân hủy phóng xạ của các hạt nhân đồng vị Actini
Ac. Trước bà nhiều
người cho rằng đồng vị này chỉ phát ra tia β (tia điện tử). Nhưng Perê quan sát thấy rằng
trong 1000 trường hợp phóng xạ thì có 12 trường hợp hạt nhân
Ac không chỉ phát ra
tia β mà còn phát ra tia α theo phương trình:
Ac → He + Fr
Như vậy, sự phân hủy hạt nhân đồng vị Actini
rất độc đáo vừa cho ra tia β
vừa cho ra tia α, số khối đồng vị bền hơn hết của nó bằng 223:
Fr
Th

GVHD:Ths.GVC.Hoàng Xuân Dinh

20

SVTH: Võ Đức Yến Ngọc