Đã từ nhiều năm nay, mọi thế hệ học sinh trên thế giới đều được dạy về Bảng Tuần hoàn các nguyên tố hoá học mang tên nhà hoá học người Nga Dmitri Mendeleev. Nhưng ít ai biết, năm 2019 này, bảng biểu ấy tròn 150 tuổi.

Từ việc xác định “gia phả” của nguyên tố hóa học

Việc hệ thống hoá những nguyên tố hoá học để phân loại và xác định "gia phả" của chúng, để tìm về cội nguồn và các mối liên kết của thế giới vật chất được coi như một cuộc cách mạng trên lĩnh vực hoá học nói riêng và khoa học kỹ thuật nói chung.

Ý nghĩa và giá trị to lớn của phát kiến này không ai có thể phủ nhận suốt 150 năm qua. Vì lẽ đó, tổ chức UNESCO của Liên hợp quốc đã coi năm 2019 là Năm quốc tế của hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học.

Những gì mà các thế hệ học sinh thấy ở trước mắt và cầm ở trên tay là Bảng Tuần hoàn các nguyên tố hoá học với sự sắp xếp các nguyên tố hoá học theo hàng ngang và cột dọc. Trong thực chất, đấy là hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, không chỉ là sự liệt kê và sắp xếp mà còn là sự trình bày nguồn gốc và họ hàng của chúng, những đặc tính bẩm sinh và những khả năng biến đổi của các đặc tính ấy ở những điều kiện nhất định. Các nguyên tố hoá học không được phát hiện ra theo trình tự trong hệ thống ấy nên sau khi các nguyên tố đã được phát hiện được xếp đặt trong hệ thống thì các nhà khoa học có thể thấy những vị trí trống phải là nơi dành cho những nguyên tố hoá học chưa được phát hiện ra. Cũng nhờ gia phả này mà các nhà khoa học có thể dự liệu được nguyên tố hoá học mới sẽ phải như thế nào, bất kể là thiên tạo hay nhân tạo.

Trước Dmitri Mendeleev đã có không ít nhà hoá học trên thế giới thực nghiệm những cách thức khác nhau để hệ thống hoá các nguyên tố hoá học. Antoine Lavoisier năm 1798 với 33 nguyên tố hoá học, Johann Wolfgang Doebereiner năm 1829 với cách hệ thống hoá khác, Leopold Gmelin năm 1843 và Jean-Baptiste Dumas năm 1857 chỉ ra những mối liên hệ mang tính "họ hàng" giữa nhiều nguyên tố kim loại khác nhau. Nhà địa chất người Pháp Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois là người đầu tiên vào năm 1862 phát hiện ra tính tuần hoàn của các nguyên tố hoá học. Julius Lothar Mayer là người đầu tiên công bố vào năm 1864 bảng xếp các nguyên tố hoá học theo hoá trị với 44 nguyên tố. Rồi William Odling sắp xếp 57 nguyên tố hoá học theo khối lượng nguyên tử.

Thành quả nghiên cứu suốt nhiều thế kỷ

Tất cả những phát kiến nói trên dẫn dắt đến Bảng các nguyên tố hoá học của Dmitri Mendeleev năm 1869 và của Mayer năm 1970. Mayer phát triển bảng cũ thành bảng mới trong khi bảng tuần hoàn của Mendeleev được công bố lần đầu tiên. Cách thức của họ đều là dùng bảng với hàng ngang và cột dọc theo khối lượng nguyên tử và hàng ngang dành cho những nguyên tố lặp lại đặc tính hoá học của nguyên tố đã được phát hiện. Đời sau gắn bảng các nguyên tố hoá học này với tên tuổi của Dmitri Mendeleev vì trong bảng tuần hoàn của ông có hai điều mới chi phối sự phát triển của bảng tuần hoàn này từ đó đến nay. Điều mới thứ nhất là ông Mendeleev không liệt kê mà sắp xếp theo tính tuần hoàn của các nguyên tố hoá học, tức là xếp chúng theo họ mạc của chúng (ở các cột dọc), chủ ý để những chỗ trống trên bảng mà ông cho rằng ở đấy nhất định phải có nguyên tố hoá học nào đấy chưa bị phát hiện nhưng chắc chắn cùng họ đặc tính theo cột dọc. Thứ hai, vì ông không cứng nhắc xếp theo khối lượng nguyên tử nên dẫu có vô tình thì cũng đã xếp thứ tự các nguyên tố hoá học theo điện tích hạt nhân của chúng.

Năm 1871, Dmitri Mendeleev công bố một kiểu hệ thống hoá các nguyên tố hoá học khác, cụ thể là theo nhóm các nguyên tố. Đồng thời, ông cũng dự báo khá chi tiết đặc tính của những nguyên tố hoá học chưa được phát hiện ra nhưng ông quả quyết là phải có ở đấy với những đặc tính ấy. Điều này đã được chứng minh là chính xác sau này.

Từ đó về sau, việc hệ thống hoá các nguyên tố hoá học được tiếp tục phát triển theo nhiều cách khác nhau khiến cho có được rất nhiều bảng biểu thể hiện. Nhưng tất cả đều dựa trên ý tưởng xưa và phát kiến xưa. Cũng có ý kiến không đồng tình nhưng về cơ bản, Bảng Tuần hoàn của Mendeleev vẫn được công nhận và sử dụng rộng rãi nhất và phổ biến nhất từ đó cho tới ngày nay.

Chẳng thế mà UNESCO ngợi ca như sau: "Đấy là công cụ độc đáo giúp các nhà hoá học có thể tiên liệu được sự tồn tại, biểu hiện ra bên ngoài và đặc tính của vật chất trên trái đất và phần còn lại của vũ trụ". Hiện tại có cả thảy 118 nguyên tố được liệt kê và sắp đặt vào trong bảng tuần hoàn, trong đó có 94 nguyên tố tồn tại trong tự nhiên mà 83 trong số ấy có cùng với sự ra đời của trái đất và 11 nguyên tố kia hình thành khi phân ra 83 nguyên tố hoá học tự nhiên nói trên.

2019 - năm Quốc tế của Bảng Tuần hoàn các nguyên tố hoá học

Một bảng biểu trông đơn giản thế mà hàm chứa thành quả lao động sáng tạo trong nghiên cứu khoa học của biết bao nhiêu con người trong suốt nhiều thế kỷ. Những phát kiến có thể độc lập với nhau và thuộc về những nhà khoa học khác nhau nhưng mục đích không khác gì nhau là tìm kiếm sự thật về thiên nhiên để không chỉ hiểu thiên nhiên mà còn để chinh phục thiên nhiên phục vụ cho nhân loại nói chung và cho cuộc sống hằng ngày của con người trên trái đất nói chung. Câu chuyện về bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học cho thấy nghiên cứu thiên nhiên, khám phá và chinh phục thiên nhiên là sứ mệnh của các nhà khoa học và con người trên trái đất, nhưng cũng là khát vọng và hoài bão bẩm sinh của con người trên trái đất là vươn lên làm chủ môi trường sống. Có hiểu biết được cặn kẽ cội nguồn của vật chất thì mới nắm bắt được tường tận mọi quy luật của tự nhiên. Mọi phát kiến đều có thể mở ra cho nhân loại chân trời trí tuệ và nhận thức mới chính vì thế. Một phát hiện trong nghiên cứu khoa học có thể tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trên lĩnh vực khoa học cũng vì thế.

Tổ chức UNESCO dành năm 2019 này làm năm Quốc tế về Bảng Tuần hoàn các nguyên tố hoá học là để kỷ niệm và vinh danh tất cả những nhà khoa học trên thế giới trước cũng như sau Dmitri Mendeleev đã nghiên cứu và đóng góp vào việc hệ thống hoá các nguyên tố hoá học. Sẽ rất thiển cận và giáo điều khi cho rằng kỷ niệm sự kiện chỉ để vinh danh Mendeleev. Nghiên cứu và sáng tạo khoa học giống như một cuộc chạy tiếp sức. Càng nhiều người tham gia tiếp sức thì cuộc chạy càng có thể tiếp dài. Tất cả cùng chung tay, bất kể được nhiều hay ít, thì kết quả cuối cùng mới được nhiều nhất và hữu ích nhất.