Vấn đề 1 bảng hệ thống tuần hoàn – lịch sử và ý nghĩa

Vấn đề 1. Bảng hệ thống tuần hoàn – Lịch sử và ý nghĩa
1.1. 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).

Hình 1.1. 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.
1.2. Lịch sử của bảng Hệ thống tuần hoàn (HTTH)
1.2.a. 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:
Quote
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:
Quote
[?]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.

Hình 1.2. 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.

Hình 1.3. 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.