Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và sự sáng tạo của học sinh Yên Dũng số 2

Nội dung tài liệu: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và sự sáng tạo của học sinh Yên Dũng số 2

1. B ẢNG TUẦN HO ÀN CÁC NGUYÊN T Ố HĨA HỌC VÀ S Ự SÁNG T ẠO CỦA HỌC SINH Y ÊN D ŨNG SỐ 2 B ảng tuần ho àn ngày nay r ất quan trọng trong h ọc tập v à nghiên c ứu. Với các em học sinh l ớp 10 sau khi t ìm hi ểu về nguy ên t ử, cấu tạo vỏ nguy ên t ử, cấu h ình electr on nguyên t ử thì vi ệc tiếp c ận sang tính chất của các nguy ên t ố, cũng nh ư thành ph ần v à tính ch ất của hợp chất, bảng tuần ho àn cĩ vai trị r ất lớn giúp các em nắm kiến thức nhanh h ơn, t ổng quát h ơn và bi ết đ ư ợc sự biến đổi cĩ quy lu ật của tất cả các nguy ên t ố v à các ch ất. Trư ớc hết, các em cần nắm đ ư ợc Bảng tuần ho àn ra đ ời nh ư th ế n ào? Các nhà bác h ọc đ ã nghiên c ứu cách sắp xếp các nguy ên t ố v ào m ột bảng nh ư th ế n ào? Vai trị c ủa bảng tuần ho àn khi ra đ ời với s ự phát triển hĩa học v à các mơn khoa h ọc khác như th ế n ào? Các tài li ệu, di ch ỉ l ịch s ử và tri ết h ọc đ ã ch ứng minh m ột đi ều r ằng đ ối v ới các ngành khoa h ọc t ự nhiên thì s ự phát tri ển tư duy, tư tư ởng các h ọc thuy ết và ki ến th ức khoa h ọc x ảy ra ch ậm hơn so v ới s ự phát tri ển tri th ức c ủa con ngư ời. Hố h ọc đ ã tr ải qua hàng nghìn năm l ịch s ử nhưng trong su ốt m ột th ời gian dài c ủa th ời kì c ổ đ ại và trung đ ại - th ời kì Ti ền hố h ọc thì Hố h ọc ch ỉ đ ạt đư ợc m ức đ ộ phát tri ển ở m ột “thu ật, ngành” và đư ợc bi ết đ ến v ới cái tên Gi ả kim thu ật (Alchemy). Hình 1.1. Kí hi ệu m ột s ố nguyên t ố th ời Trung C ổ (kí hi ệu c ủa các nhà Gi ả kim thu ật) Đây là th ời kì mơng mu ội c ủa lồi ngư ời v ề nh ững nh ận bi ết, c ảm giác v ới tri th ức hố h ọc xung quanh. D ựa trên các văn b ản c ổ đ ại ngư ời ta đ ã bi ết t ừ th ời kì c ổ đ ại con ngư ời đ ã bi ết đ ến chín nguyên t ố hố h ọc (vàng, b ạc, đ ồng, chì, thi ếc, s ắt, thu ỷ ngân, lưu hu ỳnh, cacbon) và đ ến đ ầu th ế k ỉ XVIII thì bi ết thêm m ột s ố nguyên t ố m ới là photpho, asen, antimon, bitmut và k ẽm. Trong th ời kì Gi ả kim thu ật đ ã cĩ hàng lo ạt nh ững h ọc thuy ết duy tâm, ch ủ quan đ ã đư ợc đ ề ra và đư ợc đa s ố nh ững nhà gi ả kim cơng nh ận - chính nh ững s ự ng ộ nh ận v ề các h ọc thuy ết đĩ đ ã kìm hãm s ự phát tri ển c ủa Hố h ọc trong nhi ều th ế k ỉ. Mãi cho đ ến gi ữa th ế k ỉ XVIII thì nh ững h ọc thuy ết m ới c ủa Antonie Laurent Lavoisier và Mikhail Vasil'evich Lomonosov v ới nh ững tư tư ởng, cách nhìn nh ận m ới v ề hố h ọc - đ ặc bi ệt là s ự hình dung ra khái ni ệm n guyên t ố hố h ọc ra đ ời đ ã đánh d ấu m ột m ốc phát tri ển m ới c ủa hố h ọc - đưa nĩ lên m ột t ầm cao m ới, chính th ức tr ở thành m ột ngành khoa h ọc th ực th ụ. Tr ải qua hơn m ột trăm năm n ữa, s ố lư ợng nguyên t ố hố h ọc đư ợc con ngư ời bi ết đ ến
2. đ ã là kho ảng 60 nguyên t ố và s ự xu ất hi ện thiên tài hố h ọc Dmitri Ivanovich Mendeleev v ới m ột đĩng gĩp v ĩ đ ại cho hố h ọc là vi ệc xây d ựng thành cơng b ảng h ệ th ống tu ần hồn các nguyên t ố hố h ọc (1869) đ ể s ắp x ếp các nguyên t ố hố h ọc theo nh ững quy lu ật nh ất đ ịnh và d ự đốn s ự t ồn t ại c ủa nh ững nguyên t ố m ới đ ã gĩp ph ần giúp hố h ọc chuy ển giao sang m ột th ờ i kì m ới - th ời kì Hố h ọc . Sau khi hàng lo ạt học thuyết của các nh à hĩa h ọc tân thời cuối thế kỉ XVIII - đ ầu thế kỉ XIX ra đ ời đ ã đánh đ ổ ho àn tồn nh ững tư tư ởng sai lầm, lệch lạc ở các nh à hĩa h ọc đ ương đ ại. Hĩa học như đư ợc thốt ra khỏi sợi xích của những t ư tư ởng "cổ hủ" để băng băng tiến về phía tr ư ớc, tr ên con đư ờng trở th ành m ột khoa học ho àn thi ện. Trong thế kỉ XIX - th ế k ỉ c ủa Khoa h ọc và K ĩ thu ật , hàng lo ạt những phát hiện mới trong hĩa học đ ã đư ợc ra đời, đánh dấu nhiều mốc quan trọng tr ên ch ặng đư ờng phát triển của ng ành khoa h ọc thú vị n ày. C ũng thời gian n ày, ch ủ nghĩa t ư b ản (capitalism) phát tri ển mạnh mẽ, nhiều ng ành kinh t ế mới đ ịi h ỏi đ ư ợ c đáp ứng đầy đủ v à cung c ấp th êm nh ững nguyên, nhiên li ệu mới. Chính v ì v ậy cơng cuộc khai thác, phân tích, tinh chế những chất hĩa học cĩ l ợi trong các khống sản, quặng,... đ ã tr ở th ành m ột y êu c ầu bức bách. Do đĩ nhiều ph ương pháp phân tích hĩa h ọc mới đ ã ra đ ời, kéo theo một hệ quả l à hàng lo ạt nguy ên t ố mới đ ã đư ợc t ìm ra trong th ời k ì đ ầu thế kỉ XIX. Sau đây l à m ột số ví dụ: Trích d ẫn Năm 1803 : ba nhà hĩa h ọc Berzelius - Hisingger - Claprot cùng th ời gian đ ã tìm ra nguyên t ố xeri (Ce). Năm 1807 - 18 08 : Humphry Davy (nhà v ật lí - hĩa h ọc ng ư ời Anh) với kĩ thuật phân tích điện hĩa đ ã tìm ra 5 nguyên t ố mới Na, K, Mg, Ca v à Sr. C ũng trong năm 1808, L. Thenard v à J. Gay Lussac (Pháp) đ ã tìm ra nguyên t ố bo (B). Năm 1817 và 1823 : Liên ti ếp hai nguy ên t ố m ới selen (Se) v à silic (Si) l ại đ ư ợc phát hiện nhờ cơng lao c ủa Jưns Jakob Berzelius - thiên tài hĩa h ọc ng ư ời Thụy Điển. Năm 1825 : Nhà v ật lí ng ư ời Đan Mạch H. Oersted đ ã tìm ra nguyên t ố nhơm (Al). Năm 1831 : Sefstrưm - nhà hĩa h ọc ng ư ời Thụy Điển nh ờ một chút may mắn đ ã đư ợc ghi nhận l à ngư ời đầu ti ên phát hi ện ra nguy ên t ố vanađi (V) mặc d ù nguyên t ố n ày đ ã đư ợc biết đến tr ư ớc đĩ hàng ch ục năm. .... Nhi ều nguy ên t ố mới đ ư ợc t ìm ra, l ại một vấn đề quan trọng l à li ệu cĩ thể sắp xếp chúng theo một quy lu ật, trật tự nhất định n ào đĩ, nh ằm t ìm ra nh ững tính chất chung v à phân lo ại các đ ơn ch ất, hợp ch ất khơng? Đây l à m ột vấn đề cực k ì quan tr ọng v ì nĩ s ẽ giải quyết đ ư ợc nhiều câu hỏi nh ư: [?]Cịn cĩ nguyên t ố n ào chưa đư ợc t ìm ra khơng? [?]Nh ững nguy ên t ố nào cĩ tính ch ất t ương t ự nhau, liệu ứng dụng của chúng trong thực tiễn cĩ nh ư nhau hay khơng? . Chính nh ững y êu c ầu n ày đ ã khi ến cho các nh à hĩa h ọc thời bấy giờ c ùng nhau thúc đ ẩy t ư duy đ ể s ắp xếp các nguy ên t ố lại. V à đ ã cĩ nhi ều quy luật đ ư ợc đ ưa ra. - Quy t ắc tam t ử : Năm 1817, Johann W. Dưbereiner nh ận thấy trọng l ư ợng của nguy ên t ử Sr r ơi vào kho ảng trọng l ư ợng của Ca v à Ba - hai nguyên t ố hĩa học cĩ tính chất khá t ương đ ồng với nhau. 12 năm sau, ơng l ại quan sát thấy những quy luật nh ư v ậy tron g các nhĩm halogen (Cl, Br, I) và nhĩm kim lo ại kiềm (Li, Na, K), từ những quan sát n ày ơng đ ã chia m ột số nguy ên t ố đ ư ợc phát hiện tr ư ớc đĩ thành nh ững nhĩm 3 nguy ên t ố v à g ọi chúng l à nh ững "bộ ba" ( tam t ử ). Tính ch ất chứa đựng trong các "b ộ ba" l à nguyê n t ố nằm giữa cĩ tính chất bằng trung b ình c ộng tính chất của hai nguy ên t ố nằm cạnh nĩ, thứ tự các nguy ên t ố đ ư ợc sắp xếp theo sự tăng dần trọng l ư ợng nguy ên t ử.
3. Hình 1.2. Quan ni ệm "b ộ ba" c ủa Johann W. Dưbereiner. Quan ni ệm về "b ộ ba" khơng đ ư ợc chấp nhận do sự phát hiện ra những nhĩm mới gồm 4 nguy ên t ố (nhĩm chancogen: O, S, Se, Te) hay 5 nguyên t ố (đồng đẳng của nit ơ: N, P, As, Sb, Bi). - Th ập kỉ 60 - 70 c ủa thế kỉ XIX, quan niệm về sự tu ần hồn tính ch ất các nguyên t ố ( ở tr ạng thái đơn nguyên t ử, đ ơn phân t ử hay hợp chất) đ ã ra đ ời, đánh một dấu mốc trong t ư duy logic m ới của các nhà hĩa h ọc. Đi ti ên phong cho quan ni ệm n ày là A. Béruyer De Chancuortois (1862), ơng đ ã cĩ nh ận định đ ư ợc các nguy ên t ố cĩ một li ên quan v ề mặt t ính ch ất với nhau. Ơng d ùng mơ hình đinh vít đ ể sắp xếp các nguy ên t ố với nhau.
4. Hình 1.3. Mơ hình đinh vít c ủa A. Béruyer De Chancuortois Trong mơ hìn h này các nguyên t ố của một "họ" nằm tr ên cùng m ột đ ư ờng sinh của h ình tr ụ đ ư ợc chia thành 16 đơn v ị, con số n ày đ ã đư ợc gắn l à kh ối l ư ợng của oxi. Trong kho ảng 1864 - 1865, J. Newlands đ ã d ựa tr ên nh ững quan niệm của Chancuortois để xây dựng m ột hệ thống m ới, cũng dựa tr ên s ự tăng dần khối l ư ợng nguy ên t ử các nguy ên t ố. Ơng chia các nguyên t ố đ ã bi ết th ành 7 nhĩm, m ỗi nhĩm gồm 8 nguy ên t ố, đứng đầu mỗi nhĩm l à 1 trong 7 nguyên t ố nhẹ nhất đ ã đư ợc xác định thời bấy giờ l à H, Li, Be ( Gl ), B, C, N và O. Chú thích : Gl là kí hi ệu trư ớc đây c ủa Be. Hình 1.4. S ự s ắp x ếp các nguyên t ử theo quan ni ệm c ủa J. Newlands. Newlands đ ã quan ni ệm sự phân chia, sắp xếp các nguy ên t ố nh ư b ảy nốt trong thang âm nhạc.
5. T ừ Li đến Na l à m ột qu ãng tám (bát đ ộ, octave ) c ủa 8 nguy ên t ố, nguy ên t ố thứ 8 lặp lại tính chất c ơ s ở của nguy ên t ố đầu ti ên. Quy t ắc của ơng đ ư ợc gọi l à " đ ịnh lu ật quãng tám " (tên g ốc TA: Newlands' Octaves ) Hình 1.5. S ự s ắp x ếp trên thang âm nh ạc. Ơng nĩi r ằng từ Li đến Na là m ột chu k ì c ủa 8 nguy ên t ố, tr ên Li và Na là các chu kì khác. Tuy nhiên đ ến chu k ì th ứ 4 của Co/Ni th ì đ ã x ảy ra lỗi. Vậy l à l ại một hệ thống nữa ra đời nh ưng v ẫn ch ưa th ể s ắp xếp đ ư ợc chính xác các nguy ên t ố theo một trật tự nhất định, đồng nhất. C húng ta ch ờ đợi tiếp tiếp sự ra đời của một hệ thống ho àn ch ỉnh h ơn ở b ài vi ết tiếp theo. Chúng ta thư ờng đ ư ợc biết đến bảng n ày v ới cái t ên ng ắn gọn h ơn là "b ảng Mendeleev", ai c ũng biết việc đặt t ên này là đ ể ghi nhận cơng lao đ ã tìm ra b ảng hệ thống tuần ho àn c ủa Mendeleev. Nhưng, Mendeleev là ngư ời nh ư th ế n ào? Và t ại sao ơng cĩ thể xây dựng th ành cơng h ệ th ống tuần ho àn các nguyên t ố hĩa học trong khi những nh à khoa h ọc tiền nhân đ ã th ất bại trong suốt hơn m ấy chục năm qua? Tr ư ớc t iên, hãy tìm hi ểu một chút về tiểu sử của ơng. Mendeleev tên th ật là Dmitri Ivanovich Mendeleev, ơng sinh ngày 27.01.1834 (Giáp Ng ọ) t ại thành ph ố Tobolsk, thu ộc cơng qu ốc Serbia ở Đơng Nam Châu Âu. Mendeleev là con út trong s ố 17 ngư ời con c ủa v ợ ch ồng Ivan Pavlovich Mendeleev và Maria Dmitrievna Mendeleeva. Cha c ủa Michia (tên g ọi th ời thơ ấu c ủa Mendeleev) là hi ệu trư ởng trư ờng THPT Tobolsk, khi Michia v ừa trịn 2 tháng tu ổi thì ơng ph ải ngh ỉ vi ệc vì s ức kh ỏe khơng cho phép, hai v ợ ch ồng ơng giáo ch ỉ v ớ i kho ản ti ền tr ợ c ấp ít ỏi đ ã ph ải c ố g ắng làm vi ệc t ừng ngày đ ể nuơi dư ỡng 17 đ ứa con nên ngư ời. Vì s ức kh ỏe c ủa ơng Ivan khơng t ốt nên h ầu như m ọi gánh n ặng trong gia đ ình đ ổ d ồn lên vai bà Maria Dmitrievna, v ốn d ĩ là ti ểu thư m ột gia đ ình khá gi ả, th ời cịn tr ẻ bà r ất thích đ ọc sách, tìm tịi ki ến th ức, sau khi l ấy ch ồng khơng cịn nhi ều th ời gian đ ể h ọc t ập, bà d ồn h ết m ọi hi v ọng và đam mê tu ổi tr ẻ c ủa mình vào nh ững đ ứa con. Đ ể cĩ ti ền nuơi s ống c ả nhà, bà quy ết đ ịnh đưa c ả gia đ ình đ ến làng Aremdianka, m ột ngơi làng nh ỏ cách xa thành ph ố 30 d ặm, ở đây bà làm vi ệc t ại m ột xư ởng th ủy tinh nh ỏ c ủa anh trai mình. Ở đây bà v ừa thay anh qu ản lí xư ởng v ừa s ắp x ếp cơng vi ệc thích h ợp cho các con. Dù r ất b ận r ộn nhưng bà v ẫn khơng sao nhãng vi ệc h ọc t ập c ủa con c ái. R ồi nh ờ m ọi c ố g ắng c ủa bà, cu ộc s ống c ủa gia đ ình c ũng d ần ổn đ ịnh. Nhưng r ồi b ất h ạnh l ại đ ổ lên gia đ ình bà, năm 1874 ơng Ivan qua đ ời vì b ệnh t ật, ba tháng sau thì Apolinalia - m ột ngư ời con c ủa bà c ũng đi m ất. M ột năm sau xư ởng th ủy tinh b ị cháy, bà ph ải d ẫn các con tr ở l ại thành ph ố. Các con c ủa bà nh ững đ ứa l ớn l ần lư ợt l ấy v ợ, g ả ch ồng, ch ẳng m ấy ch ốc c ả gia đ ình g ần 20 ngư ời gi ờ ch ỉ cịn l ại bà và ba đ ứa tr ẻ Elizabet,Lidavà Michia. Năm 15 tu ổi (1849), Mendeleev t ốt nghi ệp trư ờng THPT Tobolsk và vào h ọc trư ờng Đ ại h ọc sư ph ạm Sankt - Peterburg sau nhi ều tháng ngày gian nan v ới vi ệc n ộp đơn vào các trư ờng ĐH l ớn và b ị t ừ ch ối vì xu ất thân c ủa mình. Mendeleev đ ã b ị trư ờng ĐH TH Moscov t ừ ch ối, vào vi ện Hàn Lâm Y
6. h ọc m ột th ời gian thì khơng ch ịu n ổi mơ i trư ờng ở các bu ổi h ọc gi ải ph ẫu nên c ậu c ũng ph ải xin ngh ỉ, n ộp đơn vào Đ ại h ọc sư ph ạm Sankt - Peterburg thì đúng vào đ ợt mà trư ờng chưa tuy ển sinh (2 năm m ới t ổ ch ức tuy ển sinh 1 l ần, lúc đĩ m ới g ần k ết thúc năm th ứ nh ất), tuy nhiên m ẹ c ủa c ậu - bà Maria Dmitrievna đ ã vi ết thư nh ờ nh ững ngư ời quen bi ết c ũ v ận đ ộng giúp và cu ối cùng Mendeleev đ ã đư ợc đ ặc cách tuy ển vào trư ờng. Quá lao l ục trong su ốt ch ặng đư ờn g v ừa qua, mùa đơng năm 1849 bàMariaqua đ ời. "... Michia, m ẹ ra đi mà trong lịng thanh th ản vì tin r ằng con s ẽ là m ột ngư ời cĩ ích..." Đĩ là nh ững l ời cu ối trong b ức thư mà bà Maria g ửi cho Mendeleev. Đ ể khơng ph ụ lịng kì v ọng c ủa m ẹ, Mendeleev đ ã ra s ức h ọc t ập, dù mơi trư ờng h ọc c ũng như đi ều ki ện s ống khĩ khăn nhưng c ậu khơng vì th ế mà n ản chí. S ự kiên trì trong vi ệc h ọc t ập, nghiên c ứu c ủa Mendeleev đ ã làm nhi ều nhà giáo uy tín trong trư ờng chú ý và dành nhi ều ưu ái cho c ậu. Chính nh ững ngư ời th ầy này đ ã xây d ựng nên m ột tình yêu, ni ềm đam mê khoa h ọc trong c ậu. 6 năm sau (1855), Mendeleev t ốt ngh i ệp lo ại xu ất s ắc và giành đư ợc huy chương vàng. Theo đ ề ngh ị c ủa các vi ện s ĩ đ ã gi ảng d ạy c ậu thì Mendeleev s ẽ đư ợc gi ữ l ại trư ờng và ti ếp t ục làm lu ận án th ạc s ĩ nhưng ơng đ ã r ời xa Peterburg đ ể v ề Simferopol và làm gi ảng viên t ại m ột trư ờng THPT ở đĩ. Hình 1.7. Mendeleev bên bàn làm vi ệc. Năm 1859, Mendeleev b ảo v ệ thành cơng lu ận án phĩ ti ến s ĩ, sau đĩ ơng ti ếp t ục ra nư ớc ngồi (Pháp, Đ ức,... ) đ ể h ọc t ập và nghiên c ứu. Hai năm sau ơng tr ở v ề nư ớc Nga và đư ợc b ầu ch ọn làm giáo sư ĐH T ổng h ợp Sankt - Peterburg, đây c ũng là nơi ơng g ắn li ền su ốt hơn 35 năm sau... Năm 1864, Mendeleev b ắt tay v ào nghiên c ứu phân loại các nguy ên t ố hĩa học, lúc này s ố l ư ợng nguyên t ố hĩa học đ ư ợc con ng ư ời t ìm ra đ ã đ ạt đến con số 63. Khi ơng viết cuốn "Nguy ên lí hĩa h ọc" ơng đ ã phát hi ện rằng các sự vật cĩ một mối li ên quan nào đĩ v ới nhau chứng tỏ rằng giữa các nguyên t ố - là nh ững yếu tố c ơ b ản sáng tạo n ên v ật chất sẽ cĩ li ên h ệ bởi một quy luật biến hĩa th ống nhất. Để phát hiện quy luật n ày ơng đ ã dùng 63 chi ếc thẻ l àm đ ại diện cho 63 nguy ên t ố đ ã bi ết, với 63 chiếc thẻ n ày hàng ngày ơng s ắp xếp chúng theo các quy luật, trật tự khác nhau những mong tìm ra m ộ t m ối quan hệ chung cho tất cả các nguy ên t ố nh ưng xem ch ừng cơng việc cĩ vẻ vơ v ọng. Đang trong những bế tắc th ì m ột lần t ình c ờ ơng phát hiện ra rằng nếu sắp xếp các nguy ên t ố theo th ứ tự tăng dần của nguy ên t ử l ư ợng th ì s ẽ xuất hiện sự biến hĩa tính chấ t liên t ục đến độ k ì di ệu, cứ nh ư là bi ến hĩa của một bản giao h ư ởng tuyệt vời. Ơng khơng thể giấu nổi niềm vui s ư ớng trư ớc phát hiện mới n ày và ơng tin ch ắc rằng quy luật n ày chính là m ối quan hệ của tất cả các nguy ên t ố m à ơng hay là các nhà hĩa h ọc khác đ ã c ố cơng t ìm ki ếm bao lâu nay. Lúc n ày đây Mendeleev gi ống nh ư ngư ời đang lạc giữa m ê cung c ủa những suy nghĩ t ư ởng chừng nh ư khơng cĩ l ời giải đáp b ỗng nhi ên tìm đư ợc chiếc ch ìa khĩa đ ể mở lối ra. Ơng bắt tay v ào xây d ựng một hệ thống ho àn
7. ch ỉnh, v à kh i quan sát các v ị trí c ịn tr ống trong bảng hệ thống tuần ho àn c ủa m ình, ơng đ ã d ự đốn r ằng sẽ c ịn nh ững nguy ên t ố mới ch ưa đư ợc t ìm ra. Hình 1.8. M ột b ản phá c th ảo b ảng HTTH Mendeleev ban đ ầu (chú ý các d ấu ch ấm h ỏi "?"). Và d ự đốn n ày chính là m ột trong những t ư duy thiên tài c ủa Mendeleev, đĩng gĩp quan tr ọng v ào vi ệc giúp bảng HTTH Mendeleev đứng vững tr ư ớc những phản biện từ giới khoa học thời b ấy giờ. Th ực nghi ệm và nh ững tiên đốn thiên tài c ủa Mendeleev - M ột th ời kì hĩa h ọc m ới l ại m ở ra : Tin tư ởng v ào phát hi ện của m ình, Mendeleev đ ã g ửi cho các c ơ quan cĩ th ẩm quyền v à các nhà hĩa h ọc tr ên th ế giới những ý kiến về sự sắp xếp mới cho các nguy ên t ố hĩa học v à nh ững dự đốn về các nguyên t ố mới (gồm 10 nguy ên t ố, trong đĩ cĩ 3 nguy ên t ố số 21, 31 v à 32 đư ợc ơng mi êu t ả khá tỉ m ỉ về tính chất vật lí của đ ơn ch ất v à m ột số hợp chất của chúng, 7 nguy ên t ố c ịn l ại do vị trí của chúng trong b ảng HTTH khơng thuận lợi cho việc ti ên đốn nên ơng ch ỉ mới ư ớc l ư ợng đ ư ợc khối lư ợng nguy ên t ử), ngo ài ra ơng cịn đính chính l ại khối l ư ợng nguy ên t ử của một số nguy ên t ố hay hĩa tr ị nguy ên t ố m à trư ớc đĩ theo ơng l à đ ã b ị xác định sai! Ki ên trì ch ờ đợi những phản hồi cĩ tính tích c ực nh ưng su ốt mấy năm trời những ti ên đốn c ủa Mendeleev cũng khơng đ ư ợc chấp nhận do cịn ch ưa đư ợc thực nghiệm xác minh tính chính xác, tuy nhi ên ơng gi ữ vững niềm tin v à kiên trì ch ờ đ ợi sự ra đời của những nguy ên t ố m ình đ ã tiên đốn. Và r ồi điều Mendeleev mong ch ờ cuối c ùng c ũng đ ã đ ến. Ngày 27 .08.1875, nhà hĩa h ọc ng ư ời Pháp P.E. Lecoq De Boisbaudran đ ã g ửi th ư thơng báo đ ến viện Hàn lâm khoa h ọc Paris về việc đ ã tìm ra m ột nguy ên t ố mới trong quặng kẽm trắng ở Pyrenees (Pháp), nguyên t ố n ày đư ợc phát hiện bằng ph ương pháp phân tích quang ph ổ ( spectrographic analysis ). Boisbaudran g ọi nguy ên t ố mới n ày là Gali ( Gallium ), xu ất phát từ tên Gaule - tên nư ớc Pháp (cũ). Sau khi kiểm nghiệm lại, viện H àn lâm khoa h ọc Paris đ ã đăng trên t ạp chí của m ình và đ ến khoảng tháng 11.1875 th ì t ạp chí n ày đ ến n ư ớc Nga, v à Mendeleev quá vui m ừng khi đọc đ ư ợc b ài báo này b ởi nguy ên t ố Gali cĩ rất nhiều tính chất giống với tính chất của nguyên t ố eka - nhơm (eka - aluminium) v ới số hiệu nguy ên t ử l à 31 mà cách đ ấy mấy năm ơng đ ã d ự đốn đư ợc. Tuy nhi ên cĩ 1 s ố điểm khá c bi ệt về những số liệu m à Mendeleev đ ã tiên đốn v ới những s ố liệu m à Boisbaudran đ ã tính đư ợc bằng thực nghiệm. Theo nh ư nhà hĩa h ọc Pháp th ì Gali cĩ t ỉ kh ối l à 4,7 và kh ối l ư ợng nguy ên t ử l à 59,72 trong khi theo như nh ững ti ên đốn c ủa Mendeleev th ì eka - nhơm cĩ t ỉ khối khoảng 6,0 v à kh ối l ư ợng nguy ên t ử l à kho ảng 68. Tin t ư ởng v ào nh ững ti ên đốn c ủa m ình, Mendeleev đ ã g ửi một bức th ư cho Boisbaudran nĩi v ề những nghi ên c ứu trong việc s ắp xếp các nguy ên t ố của m ình và nh ững ti ên đốn trư ớc đây, ơng c ịn g ĩp ý v ới Boisbaudran về vi ệc đo lại các số liệu về tỉ khối v à kh ối l ư ợng nguy ên t ử của Gali. Vốn dĩ cũng l à ngư ời quan tâm đ ến việc sắp xếp các nguy ên t ố hĩa học v à phân l ập các chất hĩa học, Boisbaudran đ ã đ ồng ý tiến
8. hành ki ểm tra lại các số liệu đ ã tính đư ợc tr ư ớc đây v à th ật bất ngờ, kết quả xác minh lại cho thấy kh ối l ư ợng nguy ên t ử của Gali l à 69,72 và t ỉ khối l à 5,904, r ất gần với những ti ên đốn c ủa Mendeleev! Và đ ể b ày t ỏ l ịng ng ư ỡng mộ, tơn kính với thi ên tài c ủa Mendeleev, Boisbaudran đ ã g ửi t ặng ơng mĩn quà kèm b ức ảnh với d ịng ch ữ: "Xin g ửi Ngài lịng kính tr ọng sâu s ắc và ư ớc ao đư ợc Ngài nh ận là b ạn." D ự đốn th ành cơng c ủa Mendeleev với tr ư ờng hợp Gali đ ã làm cho gi ới khoa học thời bấy giờ xơn xao vì nh ững nhận định của ơng đ ã b ị l ãng quên trư ớc đĩ. Nhiều nh à khoa h ọc đ ã cĩ l ời chúc m ừng đến Mendeleev với những ti ên đốn thành cơng c ủa ơng, v à b ảng hệ thống tuần ho àn (HTTH) đ ã đư ợc dịch ra nhiều thứ tiếng, thu hút sự quan tâm của nhiều ng ư ời. Khơng chỉ dừng lại ở đĩ, nh ững năm sau đĩ cá c tiên đốn c ủa Mendeleev đ ã l ần l ư ợt đ ư ợc thực nghiệm xác minh. Năm 1879, nhà hĩa h ọc Thụy Điển L. Nilson đ ã tìm ra m ột nguy ên t ố mới đ ư ợc đặt t ên là Scanđi ( Scandium ), kí hi ệu l à Sc. Nguyên t ố mới n ày cĩ nhi ều tính chất giống với nguy ên t ố eka - bo (v ị trí s ố 21 trong bảng HTTH) mà Mendeleev đ ã t ừng ti ên đốn, nh ững năm sau đĩ các kết quả thực nghiệm của P. Cleve (Th ụy Điển) v à W. Fischer (Đ ức) đ ã ch ứng thực đ ư ợc những ti ên đốn c ủa Mendeleev ph ù h ợp với th ực nghiệm. Năm 1886, nguy ên t ố eka - silic (v ị trí số 32) c ũng đ ã đư ợc t ìm ra, đĩ là nguyên t ố Gemani ( Germanium ) v ới kí hiệu Ge, do nh à hĩa h ọc ng ư ời Đức C. Winkler phát hiện ra trong khống v ật agorođit ( argyrodite ). V ới sự kiện nguy ên t ố Ge v à eka - silic (đư ợc Mendeleev ti ên đốn t ừ sự tồn tại tr ư ớc đĩ... 15 năm!) cĩ nh ững tính chất vật lí v à hĩa h ọc gần nh ư tương đ ồng với nhau đ ã ch ứng tỏ một điều rằng những ti ên đốn c ủa Mendeleev l à cĩ cơ s ở v à r ất ph ù h ợp với thực tế. B ảng HTTH của Mendeleev đ ã đư ợc giới khoa học cơng nhận, trở th ành m ột cơng cụ hỗ trợ đ ắc lực cho các nhà hĩa h ọc tr ên con đư ờng phát hiện ra những nguy ên t ố mới. H ơn 100 năm sau, b ảng HTTH c ủa Mendeleev vẫn đ ư ợc sử dụng rộng r ãi trên th ế giới. Mendeleev c ịn tr ải qua nhiều thử thách khi g ặp các tr ư ờng hợp đi ng ư ợc lại với các ti ên đốn c ủa mình nh ư trư ờng hợp sắp xếp vị trí c ủa Ar v à K trong b ảng HTTH nh ưng ơng v ẫn ki ên đ ịnh giữ vững những lập tr ư ờng của m ình và đưa ra nh ững lí lẽ ph ù h ợp (với khoa học thời k ì đĩ) đ ể giải thích. Đ ến đầu thế kỉ XX nhờ sự phát triển của Vật lí hi ện đại ng ư ời ta đ ã ch ứng minh đ ư ợc quy luật s ắp xếp của Mendeleev l à ứng với sự tăng dần điện tích hạt nhân. Đ ịnh luật tuần ho àn và b ảng HTTH ra đời đ ã m ở ra một ch ương m ới cho hĩa học, từ đây các nh à hĩa h ọc đ ã cĩ th ể t ìm đư ợc sợi dây li ên h ệ giữa các ng uyên t ố v à các h ợp chất của chúng với nhau. Giờ đây chúng ta quay tr ở lại giải quyết câu hỏi tại sao các tiền nhân đi tr ư ớc ơng lại thất bại trong việc tìm ra h ệ thống tuần ho àn này? Ph ải chăng l à do h ọ thiếu may mắn h ơn Mendeleev? Khơng th ể phủ nh ận một đ i ều rằng việc t ìm ra HTTH c ũng cĩ một phần may mắn nh ưng đĩ khơng ph ải l à y ếu tố quy ết định. Chính bởi v ì các nhá hĩa h ọc đi tr ư ớc chỉ d ành t ập trung v ào nh ững nguy ên t ố hĩa học cĩ tính ch ất giống nhau c ịn Mendeleev thì l ại nghi ên c ứu mối quan hệ chung, nh ững quy luật chung kết n ối các nguy ên t ố với nhau, đĩ chính l à thiên tài c ủa ơng. Dù v ậy, Mendeleev cũng khơng phải l à ngư ời đ ã hồn tồn thốt kh ỏi những chi phối cổ hủ c ủa t ư tư ởng cũ l à nguyên t ử khơng thể bị phân chia, chính v ì v ậy khi các nhà hĩa h ọc trẻ t ìm ra nh ững nguy ên t ố phĩng xạ th ì ơng khơng d ựa tr ên nh ững vấn đề lí thuyết mới n ày đ ể phát triển hệ th ống nguy ên t ố của m ình mà liên t ục đ ưa ra nh ững t ư tư ởng phủ định các hiện t ư ợng đ ã đư ợc thực nghi ệm xác minh đĩ, dấu sao cũng l à chuy ện b ình th ư ờng trong giai đoạn chuyển giao giữa của hĩa h ọc. B ảng biến đổi thể tích nguy ên t ử các nguy ên t ố của Mayer Năm 1869, nhà hố h ọc Đức Lothar Mayer v è đ ồ thị biểu diễn sự thay đổi thể tích nguy ên t ử (trọng lư ợng chia cho tỉ trọng) theo chi tăng c ủa trọng l ư ợng nguy ên t ử. Ơng nhận thấy cĩ sự biến đổi tuần hồn.
9. T ất cả các cách sắp xếp tr ên ch ỉ mới thể hiện đ ư ợc mối li ên h ệ giữa các nguy ên t ố trong từng nhĩm mà chưa t ìm ra m ối li ên h ệ giữa các nhĩm, ch ưa t ìm ra quy lu ật chung l àm cơ s ở cho sự sắp xếp các nguyên t ố. Cho đến năm 1869, Mendeleev - nhà bác h ọc vĩ đạ i ngư ời Nga - m ới t ìm ra đ ịnh luật tuần hồn trên cơ s ở đĩ, xây dựng bảng hệ thống tuần ho àn. B ảng tuần ho àn hi ện đại Ngày nay v ới những hiểu biết về cấu tạo nguy ên t ử , ng ư ời ta xây dựng bảng tuần ho àn theo chi ều tăng d ần của số hiệu nguy ên t ử c ủa các nguy ên t ố nh ưng khơng khác b ảng tuần ho àn c ủa Mendeleev là bao. Ch ẳng bao lâu sau khi thí nghiệm của Rutherford t ìm ra proton n ăm 1911, Henry Moseley (1887 - 1915) nh ận thấy cĩ sự li ên h ệ giữa tần số tia X v à s ố proton. Khi ơng sắp xếp các nguy ên t ố theo chi ều tăng dần điện tích hạt nhân th ì cĩ m ột v ài v ị trí khơng ph ù h ợp với bảng tuần ho àn c ủa Mendeleev. Đây là b ảng tuần ho àn năm 1930: B ảng tu ần ho àn l ần cuối đ ư ợc thay đổi dựa v ào k ết quả của Glenn Seaborg v ào kho ảng giữa th ế kỉ 20. Từ Plutoni đ ư ợc phát hiện v ào năm 1940, Seaborg phát hi ện ra các nguy ên t ố si êu urani cĩ s ố hiệu nguy ên t ử từ 92 đến 104 v à điêù ch ỉnh lại bảng tuần ho àn b ằng các h đ ặt d ãy các nguyên t ố Actini và Lantan n ằm ở cuối bảng tuần ho àn. M ột số dạng bảng tuần ho àn đư ợc đ ưa ra B ảng tuần ho àn bi ểu t ư ợng: B ảng tuần ho àn d ạng trơn ốc của Benfey:
10. B ảng tuần ho àn d ạng tam giác của Zmaczynski :
11. B ảng tu ần ho àn d ạng 3 chiều: B ảng tu ần ho àn d ạng thi ên hà xo ắn ốc
12. B ảng tuần ho àn d ạng xoắn ốc của Jan Scholten:
13. B ảng tuần ho àn d ạng hệ mặt trời: B ảng tuần ho àn d ạng v ịng trịn V ới học sinh khi học đến bảng tuần ho àn và s ử dụng bảng tuần ho àn vào nhi ệm vụ học tập th ì làm th ế n ào b ảng tuần hồn d ễ nh ìn, d ễ tra cứu v à thu ận tiện trong quá tr ình h ọc tập. Học sinh t ìm hi ểu về nguyên t ắc sắp xếp các nguy ên t ố v ào b ảng tuần ho àn, trên cơ s ở đĩ học sinh cĩ thể sắp xếp các nguyên t ố theo các cách thức khác nhau vẫn đảm bả o chu kì và nhĩm nguyên t ố . H ọc sinh các lớp tích c ực thảo luận v à làm vi ệc nhĩm c ùng nhau đ ể sáng tạo ra một bảng tuần ho àn ưu vi ệt h ơn so v ới b ảng tuần ho àn tiêu chu ẩn. V ới 3 nhĩm học sinh của 10A1 th ì các em đ ã t ận dụng đ ư ợc rất tốt các vật liệu polime, nhựa, giấy ph ế thải cùng v ới kiến thức mơn tốn học, vật lí, cơng nghệ tạo n ên các mơ hình b ảng tuần ho àn đ ẹp m ắt v à sáng t ạo. T ổ 1: bảng tuần ho àn tr ụ xoay với hai trụ, trụ chính l à các nguyên t ố nhĩm s,p,d c ịn tr ụ nhỏ h ơn là các nguyên t ố nhĩm f. Tổ 2 : bảng tuần ho àn c ầu vịng v ới 7 s ắc cầu v ịng cho 7 chu kì, 2 h ọ lantan v à actini đư ợc nhĩm xếp th ành 2 đám mây là chân đ ỡ cho cầu v ịng. V ới học sinh tổ 3 b ảng tuần ho àn xốy đư ợc tạo ra từ chai nhựa v à ống hút, các nguy ên t ố đ ư ợc dán b àng cái gi ấy cứng v ới nhiều m àu s ắc bắt m ắt cho từng nhĩm nguy ên t ố.
14. Hình 1: Mơ hình b ảng tuần ho àn C ầu V ịng c ủa tổ 3 - l ớp 10A1 Hình 2: Mơ hình b ảng tuần ho àn chai c ủa tổ 2 - 10A1
15. Hình 3: B ảng tuần ho àn tr ụ xoay c ủa tổ 1 – 10A1 L ớp 10A12 l à l ớp cuối c ùng c ủa khối 10. V ới 3 nhĩm chia theo 3 tổ, các em các tổ cũng hết sức tích c ực thảo luận v à làm vi ệc c ùng nhau. T ổ 1 đ ưa ra mơ h ình b ảng tuần ho àn đèn l ồng với vật liệu chủ y ếu l à bìa catston và gi ấy m àu, m ỗi ơ nguy ên t ố l à m ột ơ giấy m àu đư ợc gập rất k ì cơng . T ổ 2 x ây d ựng mơ h ình b ảng tuần ho àn nhà Rơng v ới s ự cầu k ì dán, c ắt, ghép từ b ìa catton và chia chi ti ết đủ số l ư ợng nguy ên t ố dán với nhiều m àu s ắc. Tổ 3 mơ h ình b ảng tuần ho àn m ũ tr ịn v ới 4 c ạch, các chu k ì là các đư ờng v ịng, nguyên li ệu l à gi ấy cứng v à đ ộc đ áo v ới quả bĩng đội mũ tr ên đ ỉnh ghi t ên nhĩm và t ổ Hình 4: Mơ hình b ảng tuần ho àn đèn l ồng tổ 1 - 10A12
16. Hình 5: mơ hình b ảng tuần ho àn m ũ tr ịn t ổ 3 – 10A12 Hình 6: mơ hình b ảng tuần ho àn nhà R ơng t ổ 2 – 10A12
17. 10A9 - l ớp D5 với thế mạnh l à các mơn Văn, Tốn, Anh c ịn Hĩa h ọc thực sự l à khơng ph ải l à mơn h ọc m à các em th ực sự y êu thích. Khi đư ợc giao l àm mơ hình thì các thành viên trong l ớp cũng r ất h ào h ứng, thảo luận nhĩm, chia việc v à lên ý t ư ởng thực hiện. Trong thời gian chuẩn bị cũng đ ư ợc dài nhưng qu ả thật hết sức bất ngờ với kết quả m à các em đưa ra. T ổ 1: v ới bảng tuần ho àn làm t ừ gi ấy m àu dính trên các dây len đ ại diện cho 7 chu k ì, trang trí v ới h ình các con v ật, bĩng bay tạo ch o b ảng tuần ho àn r ất gần gũi, quen thuộc, bắt mắt. Tổ 2 với mơ h ình b ảng tuần ho àn nĩn, m ỗi chu k ì là m ột v ịng trịn c ủa nĩn. Tổ 3 l à mơ hình b ảng tuần ho àn ch ữ M, các ơ nguyên t ố đư ợc kết th ành nh ững trái tim với nhiều m àu s ắc. Hình 7: mơ hình b ảng tu ần ho àn t ổ 1 - 10A9
18. Hình 8: mơ hình b ảng tuần ho àn nĩn t ổ 2 - 10A9
19. Hình 9: Mơ hình b ảng tuần ho àn ch ữ M của tổ 3 - 10A9
20. L ớp 10A11 cũng rất tích cực với chủ đề sáng tạo m à giáo viên đưa ra. Các t ổ cũng đo àn k ết, chung tay làm nên nh ững mơ h ình b ảng tuần ho àn thơng minh, c ầu k ì và t ận dụng đ ư ợc các vật liệu polime đ ã qua s ử dụng. T ổ 2 với bảng tuần ho àn xốy làm trên bìa c ứng v à m ỗi ơ nguy ên t ố l à m ột n ắp chai nhựa đ ã qua s ử dụng, đ ư ợc cả tổ thu gom, tạo m àu và dán h ết sức tỉ mỉ Hình 10: b ảng tuần ho àn xốy c ủa tổ 2 - 10A11