Dmitri Mendeleev và bảng tuần hoàn năm 1869

Dmitri Mendeleev là ai?

Dmitri Ivanovich Mendeleev sinh năm 1834 tại Tobolsk, Siberia, là con út trong một gia đình đông con. Ông học ở Saint Petersburg, nghiên cứu ở Heidelberg, Đức, và năm 1860 tham dự Hội nghị Karlsruhe, nơi các nhà hóa học tranh luận về cách đo khối lượng nguyên tử một cách đáng tin cậy. Đến cuối thập niên 1860, ông là giáo sư hóa học tại Đại học Saint Petersburg.

Một vấn đề của sách giáo khoa

Vào cuối thập niên 1860, Mendeleev đang viết một cuốn sách giáo khoa mới, Những nguyên lí hóa học. Ông cần một thứ tự hợp lí để trình bày các nguyên tố, khi đó mới biết hơn 60 nguyên tố. Ông thu thập khối lượng nguyên tử và tính chất hóa học của chúng, như công thức oxit và số nguyên tử hydro hay clo mà chúng kết hợp, và tìm kiếm một quy luật có thể gắn kết tất cả lại.

Ông xây dựng bảng như thế nào

Đầu năm 1869, Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần và nhận thấy các tính chất giống nhau lặp lại theo những khoảng đều đặn. Ông bày các nguyên tố thành một lưới để những họ như kim loại kiềm và halogen xếp thẳng hàng. Bài báo của ông được trình bày trước Hội Hóa học Nga vào tháng 3 năm 1869, do đồng nghiệp Nikolai Menshutkin đọc thay, và một bản tóm tắt nhanh chóng xuất hiện bằng tiếng Đức, đưa ý tưởng này lan khắp châu Âu.

Mendeleev phát biểu điều ông gọi là định luật tuần hoàn: tính chất của các nguyên tố phụ thuộc tuần hoàn vào khối lượng nguyên tử của chúng. Đến năm 1871, ông đã công bố một bảng cải tiến trong đó các họ chạy xuống theo tám nhóm dọc, một cách bố trí gần với cách dùng ngày nay hơn nhiều.

Hóa học đặt trước thứ tự khối lượng

Mendeleev tin vào hành vi hóa học hơn là các con số. Ở chỗ nào thứ tự khối lượng nghiêm ngặt sẽ đặt một nguyên tố vào sai họ, ông chuyển nó đi, đặt telu trước iot nhẹ hơn một chút để iot có thể gia nhập các halogen khác. Ông cũng khẳng định rằng một số khối lượng nguyên tử được chấp nhận thời đó đơn giản là sai. Ông nhân đôi giá trị của urani từ khoảng 120 lên 240, nâng giá trị của indi từ khoảng 76 lên 113 và hạ giá trị của berili từ khoảng 14 xuống 9. Các phép đo sau này cho thấy ông đúng về cả ba, dù telu thực sự nặng hơn iot, một câu đố mãi đến năm 1913 mới được giải.

Các ô trống và các nguyên tố eka

Đặc điểm táo bạo nhất của bảng là những chỗ trống. Mendeleev để trống những ô mà không nguyên tố nào đã biết phù hợp và, năm 1871, mô tả chi tiết ba trong số các nguyên tố còn thiếu. Ông đặt tên cho chúng bằng cách thêm tiền tố tiếng Phạn eka-, nghĩa là “một”, vào tên nguyên tố ở phía trên mỗi ô trống trong bảng của ông: eka-nhôm nằm một ô dưới nhôm, eka-bo dưới bo và eka-silic dưới silic. Với mỗi nguyên tố, ông ước tính khối lượng nguyên tử, khối lượng riêng cùng công thức và tính chất của các hợp chất của nó.

Các dự đoán được xác nhận

Năm 1875, nhà hóa học người Pháp Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran phát hiện ra gali. Khối lượng nguyên tử của nó, khoảng 69,7, gần với giá trị 68 mà Mendeleev đã đưa ra cho eka-nhôm. Lúc đầu Lecoq đo khối lượng riêng của gali là 4,7 gam trên centimet khối, nhưng Mendeleev viết rằng nó phải gần với giá trị 5,9 ông dự đoán; với một mẫu tinh khiết hơn, Lecoq thu được 5,9.

Năm 1879, nhà hóa học người Thụy Điển Lars Fredrik Nilson phát hiện ra scandi, và đồng nghiệp Per Teodor Cleve chỉ ra rằng nó khớp với eka-bo, nguyên tố mà Mendeleev kì vọng có khối lượng nguyên tử là 44 (của scandi là khoảng 45). Năm 1886, Clemens Winkler tìm ra germani, rất khớp với eka-silic: Mendeleev đã dự đoán khối lượng nguyên tử là 72 và khối lượng riêng là 5,5, còn của germani là 72,6 và 5,3.

Không phải mọi dự báo của ông đều thành sự thật, và ông không lường trước được cả một họ, các khí hiếm. Nhưng ba thành công này đã thuyết phục hầu hết các nhà hóa học rằng định luật tuần hoàn là có thật.

Bảng song song của Lothar Meyer

Mendeleev không phải là nhà hóa học duy nhất đi theo con đường này. Nhà hóa học người Đức Lothar Meyer đã phác thảo một bảng tương tự vào năm 1868, dù nó không được công bố cho đến sau khi ông qua đời, và năm 1870 ông công bố một bảng tuần hoàn cùng với đồ thị thể tích nguyên tử theo khối lượng nguyên tử lên xuống theo những làn sóng đều đặn. Tuy nhiên, Meyer thận trọng hơn và không công bố các dự đoán chi tiết về những nguyên tố còn thiếu. Những dự báo tự tin của Mendeleev là một phần lớn lí do tên ông gắn liền nhất với bảng tuần hoàn.

Sự ghi nhận và mendelevi

Năm 1882, Hội Hoàng gia ở London trao Huy chương Davy cho Mendeleev và Meyer, và năm 1905 Mendeleev nhận giải thưởng lâu đời nhất của hội, Huy chương Copley. Ông được đề cử giải Nobel Hóa học nhưng chưa bao giờ nhận được, và ông qua đời ở Saint Petersburg năm 1907.

Năm 1955, một nhóm tại Đại học California, Berkeley, trong đó có Albert Ghiorso và Glenn Seaborg, đã tạo ra nguyên tố 101 bằng cách bắn phá einsteini bằng hạt alpha và đặt tên nó là mendelevi để vinh danh ông. Đó là một sự tri ân đáng chú ý: một nguyên tố được phát hiện ở Hoa Kỳ, mang tên một nhà khoa học Nga giữa thời Chiến tranh Lạnh.