J. Priestley (1733-1804) –nhà hóa học triết học người Anh, một trong những người sáng lập lên các
3.1.1. Cách sắp xếp các nguyên tố trước Mendeleev.
Tại sao hầu hết các nỗ lực sắp xếp các nguyên tố hóa học đều trong giai đoạn giữa thế kỷ XIX?
Nhiều nhà hóa học đã cố gắng tìm ra một mối liên hệ giữa tính chất hóa học với khối lượng nguyên tử của các nguyên tố đã được tìm thấy từ trước và trong thời gian gần đây.
Năm 1817, khi phân chia các nguyên tố kiềm thổ (canxi - strontium - bari) vào 1 nhóm đặc biệt, nhà hóa học người Đức Johann Wolfgang Debereyner (1780- 1849) phát hiện ra rằng, khối lượng nguyên tử của nguyên tố trung gian trong 3 nguyên tố có tính chất vật lí, hóa học tương tự nhau xấp xỉ trung bình cộng khối lượng nguyên tử của 2 nguyên tố còn lại. Sau đó ông phát hiện ra ba dãy nguyên tố có tính chất tương tự nhau: lithium - natri - kali, lưu huỳnh - selen - tellurium và clo - brôm - iốt. Debereyner gọi là các nhóm nguyên tố như vậy là “nhóm tam tố”. Tại thời điểm đó khối lượng nguyên tử của nguyên tố brôm trong “nhóm tam tố” cuối cùng vẫn chưa được xác định. Debereyner đã xác định khối lượng nguyên tử của brôm theo qui tắc mà ông đã đề ra. Nếu khối lượng nguyên tử clo và iốt, tương ứng là 35,5 và 127, thì khối lượng nguyên tử của brôm phải là (35,5 + 127) / 2 = 81,2 và kết quả đó gần đúng với giá trị thực nghiệm.
Năm 1849, nhà hóa học Nga H.I. Hess đã sắp xếp các nguyên tố phi kim có tính chất hóa học tương tự nhau vào 4 nhóm: carbon – bo – silic; nitơ - phốt pho - asen; lưu huỳnh – selen - tellurium và clo – brôm - iot. Hess ko coi trọng hệ thống phân loại của mình, điều mà đã được trình bày trong cuốn sách đã được hoàn thành “Cơ sở của hóa học cơ bản”. Ông viết “hệ thống phân loại này vẫn còn khác xa so với tự nhiên, nhưng dù sao nó cũng đã liệt kê các nguyên tố giống nhau vào cùng một nhóm, và với sự quảng bá thông tin của chúng ra, hệ thống đó sẽ được hoàn thiện hơn”. Hess được cho là người đầu tiên đã đưa ra khái niệm “nhóm nguyên tố”. Ông xác định chính xác thành phần của đa số các nhóm phi kim. Ngoại trừ có nguyên tố Bo phải được loại trừ khỏi nhóm nguyên tố carbon và xếp vào nhóm nguyên tố cùng với nhôm – indium và tali. Sau đó gallium cũng được đưa vào nhóm này.
Năm 1857 bảng các nguyên tố hóa học đầu tiên của nhà hóa học người Anh William Odling (1829-1921) được công bố. Trong thời gian tiếp theo, Odling đã biên soạn một vài bảng bao gồm 57 nguyên tố được chia thành bảy nhóm và được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của khối lượng nguyên tử. Các bảng này đã được tạo ra theo sự tương đồng về tính chất hóa học của các nguyên tố. Vị trí của các
nguyên tố chưa biết được Odling thay bằng dấu “ – ”. Bảng cuối cùng của Odling được đề năm 1868. Odling đã mô tả về các bảng của mình như một “phân phối số học thuần túy các nguyên tố theo các dãy hàng ngang tương ứng với các phương pháp lập nhóm nguyên tố phổ biến” và không bao giờ đòi hỏi các quyền lợi về việc ông là người đầu tiên phát hiện ra định luật tuần hoàn.
Một trong những nỗ lực sắp xếp nguyên tố được biết đến tại thời điểm đó còn có đường xoắn ốc Chancourtois. Cũng như các nhà hóa học khác cố gắng tìm một cơ sở để phân loại, nhà khoa học Pháp Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) cho rằng “tính chất các nguyên tố tuân theo qui tắc của một hàm số”. Năm 1862, ông đưa ra một hệ thống phân loại rất đặc sắc theo mô hình không gian. Chancourtois đề xuất ý tưởng phân bố đường xoắn ốc theo khối lượng nguyên tử của các nguyên tố. Trong bản soạn thảo “Đường xoắc ốc của trái đất” của mình ông phân nhóm các nguyên tố trong một hình xoắn ốc xung quanh hình trụ theo chiều tăng dần của khối lượng nguyên tử. Trong đường xoắn ốc Chancourtois các nguyên tố có tính chất hoác học tương tự nhau các nhau 16 đơn vị khối lượng nguyên tử. Chúng nằm trên cùng 1 đường sinh của hình trụ. Tuy nhiên, ý tưởng phân bố các nguyên tố trên trục của “Ốc vít của trái đất” không thu hút được sự chú ý của những người cùng thời với Chancourtois.
Năm 1865, nhà hóa học người Anh John Alexander Newlands (1838-1898) đưa ra “qui tắc bát bộ”. Trên cơ sở của qui tắc này, ông đã biên soạn bảng (hình 3.1), trong đó trình bày sự tương đồng về hình thức giữa sự lặp lại tính chất của các nguyên tố với gam nhạc. Báo cáo của Newlands tại cuộc họp của hội đồng hóa học London đã được đáp lại với sự thờ ơ. Một giáo sư hỏi Newlands rằng anh ta đã từng thử sắp xếp các nguyên tố trong bảng theo thứ tự bảng chữ cái và có nhận ra hay qui tắc nào trong cách sắp xếp này hay không. Tạp chí xã hội đã từ chối đăng bài viết trình bày chi tiết các nội dung bài báo cáo của Newlands.
1.Н 2. U 2. U 3. Be 4. В 5. С 6.N 7.0 8 . F 9. Na 10. Mg 11. Al 12. Si I I P 14. S 15. CI 16. К 17. Ca 18. Cr 19. Ti 20. Mn 21. Fe 22. Co, Ni 23. Rb, Cs 24. Zn 25. Y 26. In 27. As 28. Se
Hình 3.1. Trong bảng của Newlands (1865) các nguyên tố có tính chất tương tự nhau (mỗi nguyên tố có 1 số thứ tự), cũng như tương tự cả về âm vang nốt nhạc trong bat bình được lặp lại sau 8 nguyên tố.
Năm 1864, nhà hóa học người Đức Julius Lothar Meyer (1830-1895) trong cuốn sách của ông "Lý thuyết hiện đại của hóa học và ý nghĩa của nó trong cân bằng hóa học" đưa ra bảng sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử. Trong bảng này, Meyer đưa ra 27 nguyên tố. Khi so sánh các nhóm các nguyên tố tương tự trong hệ thống tổng thể, ông đa không đưa ra được bất kỳ kết luận hay tổng kết nào. Năm 1870, Meyer đã công bố bài báo, trong đó đưa ra hệ thống tổng quát các nguyên tố hóa học (hình 3.2). Bài viết đã có một minh họa thành công cho sự phụ thuộc của thể tích nguyên tử vào khối lượng nguyên tử ("đường cong Meyer ").
II III IV V VI VII VIII IX В=11,0 Al=27,3 ?In=lI3,4 Tl=202,7 В=11,0 Al=27,3 ?In=lI3,4 Tl=202,7 С=11,97 Si=2S Ti=48 Zr=89,7 Sn=117,8 — Pb=206,4 Bi=207,5 N=14,01 P=30,9 V=51,2 As=74,9 Nb=93,7 Sb=I22,l Ta=I82,2 0=15,96 S=3l,98 Cr=52,4 Se=78 Mo=95,6 Te=128? W=183,5 — F=19,01 CI=35,38 Mn=54,8 Fe=55,9 Co=Ni=58,6 Br=79,75 Ru=103,5 Rh= 104,1 Pd= 106,2 I=126,5 Os= 198,6 Ir=196,7 Pl-196,7 — Li=7,01 Na=22,99 K=39,04 Cu=63,3 Rb=35,2 Ag=107,66 Cs=132t7 Au=196,2 — ?Ве=9,3 Mg=23,9 Ca=39,9 Zn=64,9 Sr=87,0 Cd=111,6 Ba=136,7 Hg=199,8 —
Hình 3.2. Năm 1870 Meyer đã công bố bản sắp xếp đầy đủ các nguyên tố theo chiều tăng dần của trọng lượng nguyên tử và chỉ ra rằng qui luật tính chất của các nguyên tố là một hàm trọng lượng nguyên tử.
3.1.2. Định luật tuần hoàn
Mối quan hệ nào giữa các tính chất hóa học của hợp chất vô cơ và định luật tuần hoàn?
Định luật tuần hoàn được phát minh bởi nhà hóa học lỗi lạc người Nga D.I Mendeleev vào năm 1869 trong quá trình làm việc trên văn bản của sách giáo khoa "Nền tảng hóa học." Vào thời điểm đó, người ta đã biết về sự tồn tại của 63 nguyên
tố hóa học. Nhà hóa học người nga đã gặp khó khăn trong việc hệ thống hóa các số liệu thực tế của các nguyên tố và hợp chất của chúng. Mendeleev đã dần dần đi đến kết luận rằng, tồn tại mối quan hệ nào đó giữa tính chất và trọng lượng nguyên tử của các nguyên tố. Bước đầu tiên cho sự xuất hiện của quy luật tuần hoàn là " hệ thống thực nghiệm của các nguyên tố, dựa trên trọng lượng nguyên tử và sự tương đồng hóa học của chúng" (Hình 3.3). Khi lập bảng, Mendeleev đã tránh được các lỗi của Newlands, người đã tin rằng trong mỗi một dãy phải chứa cùng một số nguyên tố. Ông thiết lập một thứ tự thay đổi chiều dài của các dãy (chu kỳ) này. Mendeleev đã để lại trong bảng những chỗ trống, mà sự hiện diện của chúng được ông giải thích rằng vẫn còn có các nguyên tố tương ứng chưa được phát hiện.