Sejarah tabel periodik: dari alkimia hingga unsur 118

Unsur-unsur kuno dan alkimia

Sepuluh unsur masa kini sudah dikenal jauh sebelum ada yang memakai kata unsur dalam arti modernnya: emas, perak, tembaga, besi, timah, timbal, raksa, belerang, karbon, dan antimon. Tidak ada yang tahu siapa yang pertama kali menemukannya. Para pemikir Yunani kuno, mengikuti Empedokles dan Aristoteles, justru percaya bahwa segala sesuatu adalah campuran dari empat unsur (tanah, air, udara, dan api), gagasan yang bertahan hampir dua ribu tahun.

Para alkemis di dunia Islam dan Eropa abad pertengahan berusaha mengubah logam murah menjadi emas. Mereka gagal, tetapi mereka menyempurnakan metode laboratorium seperti distilasi. Pada 1661 Robert Boyle menantang teori empat unsur dalam The Sceptical Chymist, dengan mengajak para kimiawan untuk memercayai percobaan, dan pada 1669 alkemis Hennig Brand menemukan fosfor saat memburu batu filsuf, salah satu unsur paling awal dengan penemu yang tercatat.

Daftar zat sederhana Lavoisier (1789)

Ilmu kimia modern terbentuk bersama kimiawan Prancis Antoine Lavoisier, yang menunjukkan melalui penimbangan yang cermat bahwa massa tidak hilang dalam reaksi kimia dan memberi nama pada oksigen dan hidrogen. Dalam bukunya Elementary Treatise on Chemistry tahun 1789, ia mendefinisikan unsur secara praktis: zat yang tidak dapat diuraikan oleh metode kimia mana pun yang dikenal menjadi sesuatu yang lebih sederhana.

Buku itu mencantumkan 33 “zat sederhana” tersebut, yang dikelompokkan menjadi gas, nonlogam, logam, dan tanah. Sebagian besar memang unsur sejati, tetapi cahaya dan panas juga ada dalam daftar, dan tanah seperti kapur dan silika kemudian terbukti merupakan senyawa. Meskipun begitu, Lavoisier memberi para kimiawan definisi unsur yang jelas dan dapat diuji serta daftar pertama untuk dikembangkan.

Dalton dan penimbangan atom

Sekitar 1803, guru asal Inggris John Dalton mengusulkan bahwa setiap unsur tersusun dari jenis atomnya sendiri dengan bobotnya sendiri. Atom terlalu kecil untuk ditimbang, jadi ia menghitung bobot relatif dari perbandingan unsur-unsur bergabung, dengan hidrogen dianggap 1, dan menerbitkan salah satu tabel bobot atom yang pertama.

Banyak angka Dalton yang meleset karena ia harus menebak rumus; misalnya, ia mengira air adalah HO, bukan H₂O. Kimiawan Swedia Jöns Jacob Berzelius mengukur bobot atom dengan jauh lebih tepat dan memperkenalkan lambang huruf yang masih dipakai hingga kini, tetapi perbedaan pendapat berlangsung sampai Kongres Karlsruhe 1860, ketika Stanislao Cannizzaro menunjukkan cara memperoleh satu set bobot atom yang konsisten. Mendeleev dan Lothar Meyer sama-sama hadir di antara hadirin.

Triad Döbereiner (1829)

Salah satu petunjuk jelas pertama bahwa bobot atom dan perilaku kimia saling berkaitan datang dari kimiawan Jerman Johann Wolfgang Döbereiner. Pada 1829 ia menguraikan triad, yaitu kelompok tiga unsur yang mirip dengan bobot atom unsur tengah mendekati rata-rata dari kedua unsur lainnya: kalsium, stronsium, dan barium; klorin, bromin, dan iodin; serta litium, natrium, dan kalium.

Triad mengungkap keluarga-keluarga alami unsur, tetapi hanya segelintir unsur yang cocok, dan tidak ada cara untuk menghubungkan satu triad dengan triad berikutnya.

Sebuah spiral dan sebuah oktaf (1862–1865)

Pada 1862 geolog Prancis Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois menuliskan unsur-unsur berdasarkan urutan bobot atom sepanjang spiral yang melilit sebuah silinder, sehingga unsur-unsur yang mirip berada tersusun satu di atas yang lain. Sekrup telurik miliknya, yang dinamai dari telurium, adalah salah satu susunan pertama yang memperlihatkan sifat-sifat yang berulang, tetapi diterbitkan tanpa diagramnya dan sebagian besar tidak diperhatikan.

Pada 1865 kimiawan Inggris John Newlands memperhatikan bahwa, jika diurutkan menurut bobot atom, setiap unsur kedelapan tampak mengulang sifat unsur pertama, seperti nada-nada pada tangga nada musik. Hukum oktafnya berlaku untuk unsur-unsur yang lebih ringan tetapi gagal setelah kalsium, dan pada 1866 Chemical Society di London menolak menerbitkannya.

Mendeleev dan Lothar Meyer (1869–1870)

Dmitri Mendeleev, seorang profesor kimia di St. Petersburg, sedang menulis buku teks ketika ia mencari keteraturan di balik unsur-unsur. Pada awal 1869 ia menyusun unsur-unsur yang dikenal saat itu menurut bobot atom dalam sebuah kisi yang menjajarkan unsur-unsur yang mirip, dan pada bulan Maret makalahnya dipresentasikan kepada Russian Chemical Society. Ia menyatakan sebuah hukum periodik: bila disusun menurut bobot atom, unsur-unsur menunjukkan sifat yang berulang pada selang yang teratur.

Yang membuat tabelnya berbeda adalah keberaniannya. Mendeleev mengutamakan kimia di atas urutan bobot yang ketat, menyisakan ruang kosong untuk unsur-unsur yang ia yakini belum ditemukan, dan berpendapat bahwa beberapa bobot atom yang diterima saat itu keliru.

Di Jerman, Lothar Meyer secara mandiri sampai pada tabel yang sangat mirip dan menerbitkannya pada 1870, bersama sebuah grafik yang menunjukkan volume atom naik turun membentuk gelombang seiring bertambahnya bobot atom. Pada 1882 Royal Society di London menganugerahkan Medali Davy kepada keduanya.

Ramalan yang terbukti (1875–1886)

Mendeleev menguraikan tiga unsur yang hilang secara terperinci, dan menyebutnya eka-aluminium, eka-boron, dan eka-silikon, dari kata Sanskerta eka yang berarti “satu”, yaitu satu tempat setelah unsur yang sudah dikenal. Unsur-unsur itu muncul sebagai galium, yang ditemukan oleh Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran pada 1875, skandium, yang ditemukan oleh Lars Fredrik Nilson pada 1879, dan germanium, yang ditemukan oleh Clemens Winkler pada 1886.

Kecocokannya mencolok. Untuk eka-silikon Mendeleev meramalkan bobot atom sekitar 72 dan massa jenis sekitar 5,5 gram per sentimeter kubik; nilai germanium adalah 72,6 dan 5,3. Para peragu pun yakin, dan tabel periodik menjadi peta utama ilmu kimia.

Gas mulia mendapat tempat (1890-an)

Pada 1894 Lord Rayleigh dan William Ramsay menemukan argon, gas tak reaktif yang tersembunyi dalam udara biasa. Pada 1898 Ramsay juga telah mengisolasi helium di Bumi dan, bersama Morris Travers, menemukan neon, kripton, dan xenon; radon menyusul pada 1899 dan 1900. Tak satu pun dari gas-gas ini cocok dengan kolom yang ada.

Jawabannya adalah sebuah golongan yang sama sekali baru di antara halogen dan logam alkali, yang mula-mula disebut golongan 0 dan kini golongan 18. Golongan ini pas dengan pola periodik, dan pada 1904 Ramsay menerima Hadiah Nobel Kimia dan Rayleigh Hadiah Nobel Fisika.

Moseley dan nomor atom (1913)

Beberapa pasang unsur, seperti argon dan kalium atau kobalt dan nikel, masih berada di luar urutan menurut bobot. Pada 1913 fisikawan Inggris yang masih muda, Henry Moseley, yang bekerja di laboratorium Ernest Rutherford di Manchester, mengukur sinar-X yang dipancarkan berbagai unsur dan menemukan bahwa frekuensinya naik dalam langkah yang sama besar dari satu unsur ke unsur berikutnya.

Setiap langkah sesuai dengan tambahan satu satuan muatan positif dalam inti atom. Nomor atom ini menjadi dasar sejati tabel dan menunjukkan dengan tepat unsur mana yang masih hilang. Moseley gugur dalam pertempuran di Gallipoli pada 1915, pada usia 27 tahun.

Seaborg, aktinida, dan unsur superberat (1940–2016)

Para ilmuwan juga belajar membuat unsur yang sangat langka atau tidak ada di alam. Teknesium, yang dibuat pada 1937, adalah unsur buatan pertama, dan pada 1940 neptunium dan plutonium menjadi unsur pertama setelah uranium. Pada 1944 Glenn Seaborg mengusulkan bahwa unsur-unsur mulai dari aktinium membentuk deretnya sendiri, yaitu aktinida, seperti halnya lantanida. Gagasan yang diterbitkan pada 1945 ini memindahkan mereka ke baris terpisah di bawah tabel utama dan memberi tabel bentuk modernnya.

Sejak itu, laboratorium di Amerika Serikat, Uni Soviet, dan kemudian Rusia, Jerman, dan Jepang telah membuat unsur yang semakin berat, sering kali hanya beberapa atom sekaligus, dengan memadukan inti atom. Sebuah kelompok kerja gabungan IUPAC dan IUPAP, serikat internasional untuk kimia dan fisika, kini menilai setiap klaim. Pada 2016 empat unsur terakhir yang terkonfirmasi diberi nama nihonium, moskovium, tenesin, dan oganeson, melengkapi baris ketujuh. Pencarian unsur 119 dan 120, yang akan membuka baris kedelapan, masih berlanjut.