Vì sao có thể dự đoán nguyên tố chưa tìm thấy?
2013-12-30 09:16
Vào năm 1886 nhà hoá học Đức Winkler tìm được nguyên tố hoá học mới là gecmani (Ge). Điều kì lạ là 15 năm trước đó, tức năm 1871, lúc mà chưa ai nghĩ ra có thể có nguyên tố gecmani, nhà hoá học Nga Mendeleev đã nói một cách cính xác về việc có một nguyên tố hoá học có những đặc điểm như là nguyên tố gecmani mà Winkler tìm ra. Bảng so sánh sau đây về tính chất nguyên tố gecmani giữa dự đoán của Mendeleev và dữ liệu thực nghiệm do Winkler tìm ra cho ta thấy các dự đoán của Mendeleev chính xác cỡ nào?
|
Tính chất
|
Dự đoán của Mendeleev
|
Dữ liệu thực nghiệm
|
|
Khối lượng nguyên tử
|
72
|
72,5
|
|
Tỷ trọng
|
5,5
|
5,47
|
|
Tính tan
|
Là kim loại không tan trong HCl
|
Không tan trong HCl
|
|
Công thức oxit
|
MO2
|
GeO2
|
|
Tỷ trọng oxit
|
4,7
|
4,7
|
|
|
Oxit của nó dễ bị khử thành kim loại
|
Trong dòng khí hidro, GeO2 bị khử thành Ge kim loại.
|
|
Tính kiềm
|
Hidroxit của nguyên tố có tính kiềm yếu
|
Ge(OH)4 là kiềm yếu
|
|
Tính chất của hợp chất clorua
|
Clorua của nó có công thức là MCl4 , dễ bay hơi, nhiệt độ sôi là 90 độ, tỷ trọng 1,9. |
GeCl4 là chất lỏng, sôi ở 83 độ, tỷ trọng là 1,887.
|
Lời dự đoán của Mendeleev không phải là "nhắm mắt nói mò", ông dựa vào suy luận khoa học thực tế để đưa ra.
Vào thời Mendeleev, giữa thế kỉ thứ XIX, người ta đã phát hiện ra hơn 60 nguyên tố hoá học, cả 60 nguyên tố đều được phát hiện một cách riêng rẽ. Còn việc có bao nhiêu loại nguyên tố thì không ai biết được.
Chính vì để giải đáp vấn đề này, các nhà khoa học bắt đầu tìm hiểu quy luật của các nguyên tố. Có người dựa vào tính chất vật lí của các nguyên tố như điểm nóng chảy, điểm sôi, màu sắc, trạng thái vật lí, tỷ trọng, độ cứng, tính dẫn điện, dẫn nhiệt v.v ..để xếp loại, có người dựa vào tính chất hoá học như hoá trị, tính axit, tính kiềm, để phân loại nhưng chưa có ai tìm ra quy luật.
Mendeleev độc lập, tổng kết những tri thức kinh nghiệm của người đi trước, quýêt định dùng một biện pháp mới; ông đã dựa vào thuộc tính vốn có, không chịu ảnh hưởng của ngoại cảnh tức là khối lượng nguyên tử của nguyên tố và hoá trị cảu các nguyên tố làm cơ sở để tìm ra quy luật của các nguyên tố.
Trước Mendeleev, căn cứ vào các số đo về khối lượng nguyên tử, người ta sắp xếp các nguyên tố như bảng sau đây:
|
Nguyên tố
|
Hidro
|
Liti
|
Bo
|
Cacbon
|
Beri
|
Nitơ
|
Oxi
|
Flo
|
|
Khối lượng nguyên tử
|
1
|
7
|
11
|
12
|
13,5
|
14
|
16
|
19
|
|
Hoá trị
|
+1
|
+1
|
+3
|
+4 |
+2
|
+4 |
+6 |
+7 |
Mendeleev xem xét và thấy vị trí của beri có vấn đề bỏi vì xét về hoá trị thì beri phải giữa liti và bo thế thì khối lượng của nó phải ở giữa liti và bo, như vậy khối lượng của beri phải là 9 tức là thêm hai và trừ 2 vào khối lượng nguyên tử liti và bo, chứ không phải là 13,5. Do vậy các nhà khoa học đã kiểm tra, đo đạc lại khối lượng nguyên tử của beri một lần nữa bằng thực nghiệm và quả nhiên thấy khối lượng của beri là 9 chứ không phải là 13,5.
Ngoài beri, Mendeleev còn cải chính lại khối lượng nguyên tử của 7 nguyên tố hoá học khác như inđi, urani, ytri, osmi, platin, titan và iridi. Các giá trị khối lượng nguyên tử trước đó của các nguyên tố này ai cũng cho là chính xác, trước Mendeleev không có ai dám nghi ngờ.
Vào thời đó, người ta chỉ mới phát hiện được hơn 60 nguyên tố, thế nhưng qua việc phân tích, tổng hợp, Mendeleev so sánh đặc tính đã biết đựơc của các nguyên tố, ông nhận thấy việc sắp xếp một nguyên tố hoá học nào đó so với các nguyên tố ở bên trên bên dưới, bên trái, bên phải có một mối liên hệ nội tại. Có những nguyên tố lúc đó còn chưa được phát hiện nhưng sớm muộn nhất định cũng sẽ được phát hiện, vì vậy trong bảng sắp xếp cần để trống vị trí dành cho các nguyên tố đó.
Mendeleev đã tổng hợp các đặc tính của các nguyên tố và tìm ra quy luật thay đổi tuần hoàn các nguyên tố hoá học, rồi vận dụng quy luật tuần hoàn các nguyên tố hoá học, sắp xếp thành bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Các vị trí trên bảng cho dù đã có các nguyên tố tương ứng hoặc có thể có các vị trí còn chưa phát hiện thấy các nguyên tố tương ứng thì bản thân vị trí đó cũng nêu rõ đầy đủ các đặc tính của các nguyên tố còn chưa biết đó. Dựa vào đó Mendeleev đã dự đoán về nguyên tố gecmani. Phía trái của gecmani là gali có khối lượng nguyên tử là 69,72. Phía bên phải là nguyên tố asen có khối lượng nguyên tử là 74,92. Phía trên là nguyên tố silic có khối lượng nguyên tử là 28,08. Ở phí dưới là nguyên tố thiếc có khối lượng nguyên tử là 118,6 , trung bình cộng về khối lượng nguyên tử của 4 nguyên tố ở bên trái, phải, trên, dưới là 72,86 mà khối lượng nguyên tử thực của gecmani là 72,5. Rõ ràng điều đó không phải là ngẫu nhiên mà lo có tính quy luật.
Việc tìm ra định luật tuần hoàn của các nguyên tố hoá học không chỉ là kết thúc trạng thái cô lập, hỗn độn của hơn 60 nguyên tố hóa học mà cũng làm cho người ta từ nhận thức mông lung về các nguyên tố hoá học tìm được quy luật và đó là con đường theo đó ngưới ta tìm được các nguyên tố mới.
Ngày nay người ta đã phát hiện được gần nguyên tố hoá học theo chỉ dẫn của quy luật tuần hoàn người ta còn có thể tìm được các nguyên tố mới khác nữa.
(Tài liệu: Chìa khóa vàng hóa học)