"Nếu muốn flex với alien, cứ đưa bảng tuần hoàn ra là xong!"
Khi Hiệp sĩ* Martyn Poliakoff - một nhà hóa học ở Đại học Nottingham - chơi game "Trận chiến bảng tuần hoàn", ông bỗng nghĩ: "Ủa sao không đảo ngược bảng tuần hoàn cho vui?" Nghe hơi crazy nhưng lại thành ý tưởng nghiên cứu luôn đó!
Tháng 5 vừa rồi, đúng dịp kỷ niệm 150 năm ngày sinh của bảng tuần hoàn (cũng là Năm Quốc tế Bảng Tuần hoàn của UNESCO nữa), Poliakoff và team đã thả thính một nghiên cứu siêu độc: "Đảo lộn bảng tuần hoàn luôn không các bạn ơi?"
Họ cho biết từ 1869 đến giờ, đã có vô số thế hệ nhà hóa học tìm cách "mod" lại bảng tuần hoàn cho nó clear hơn, hoặc đơn giản là... cho vui thôi
Bảng tuần hoàn là gì mà xịn thế?
Bảng tuần hoàn các nguyên tố do Dmitri Mendeleev (1834-1907) - nhà hóa học người Nga thiết kế, về cơ bản là một ma trận 2D xếp các nguyên tố theo số proton và số electron bay bay ở quỹ đạo. Nó giúp các nhà khoa học dự đoán tính chất nguyên tố, phản ứng hóa học và cả những nguyên tố chưa từng xuất hiện!
Người ta còn gọi nó là "hòn đá Rosetta của tự nhiên", "bản đồ hóa học" và "có lẽ là cái tổng hợp gọn gàng nhất mà tri thức loài người tạo ra". Xịn không chơi được luôn!
Tại hội thảo kỷ niệm 150 năm ở San Diego, cặp đôi nhà hóa học Gregory Girolami và Vera Mainz chia sẻ: giống như nhìn bản đồ nước Mỹ vậy, đứng ở Maine thì biết ngay trời lạnh hơn Florida rồi.
Chỉ cần nhìn vị trí nguyên tố trên bảng tuần hoàn, bạn đã biết nó là kim loại không, có nhiều trên Trái Đất không. Bà Mainz còn nói thêm: "Nếu muốn flex với alien, cứ đưa bảng tuần hoàn ra là xong!"
Trên Internet có hơn 1000 phiên bản bảng tuần hoàn đó nha! Có bảng các nguyên tố hiếm, có bảng bánh kẹo, đồng hồ, Lego... Nhà toán Tom Lehrer còn làm nhạc từ nó, nhà văn Primo Levi người Ý lại dùng nó viết hồi ký. Sáng tạo vãi!
Nhiều người tin chỉ có MỘT bảng tuần hoàn "chuẩn chỉnh" thôi và cứ tranh cãi mãi về cái nào đúng cái nào sai. Nhưng theo Poliakoff thì hầu hết đều ok cả, tùy bạn muốn thể hiện cái gì thôi.
Phiên bản đảo ngược của họ chỉ là muốn cho mọi người thấy góc nhìn mới mẻ. Các tác giả khẳng định không phải để flex rằng phiên bản của họ "xịn hơn" bản gốc đâu nha!
Tại sao không xếp theo bảng chữ cái cho dễ?
Bảng tuần hoàn mang lại sự chắc chắn cho một lĩnh vực từng rất... lộn xộn. Năm 1717, Hiệp sĩ Isaac Newton trong sách "Quang học" đã liệt kê các hợp chất theo tính phản ứng. Năm 1718, "bảng tổng hợp" đầu tiên của nhà hóa học Pháp Etienne Francois Geoffroy sắp xếp vật liệu theo dạng bảng biểu.
Các nhà khoa học nhận ra Lithium, Na và K (giờ gọi là kim loại kiềm) đều mềm và nổi được trên nước. Nhưng cách phân loại "cảm tính" này không có nền tảng vững chắc lắm
Breakthrough xảy ra năm 1860 khi nhà hóa học Ý Stanislao Cannizzaro định hình nghiên cứu về khối lượng nguyên tử. Lúc đó có nhiều danh sách khối lượng nguyên tử khác nhau với đủ loại giả thuyết về hạt nhân và nguyên tử.
Cannizzaro đưa ra danh sách khối lượng nguyên tử của các nguyên tố đã biết kèm giải thích tại hội thảo ở Karlsruhe, Đức.
Theo nhà sử học Eric Scerri ở UCLA, công trình của Cannizzaro đã mở đường cho 6 người cùng "khám phá" trong 7 năm, và đỉnh điểm là Mendeleev. Năm 1862, nhà địa chất Pháp Alexandre Emile Beguyer de Chancourtois xây dựng bảng 3D, khắc tên nguyên tố quanh trụ kim loại.
John Newlands ở London xếp các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử theo nhóm 8. Nhà hóa học Anh William Odling phát hiện "quy luật tuần hoàn" xuất hiện theo khoảng. Gustavus Hinrichs đề xuất xếp kiểu "bánh xe đạp".
Lothar Meyer - nhà hóa học Đức - tạo ra một phần bảng tuần hoàn năm 1864 và phiên bản hoàn chỉnh năm 1869. Theo Alan Rocke ở Đại học Case Western Reserve, về cấu trúc thì bảng của Meyer và Mendeleev khá giống nhau. Ban đầu, sự tuần hoàn và khả năng dự đoán này như một bí ẩn.
Đến thế kỷ 20, sự tuần hoàn được giải thích bằng vật lý lượng tử. Lithium, Na và K được xếp vào cột I - nhóm kim loại kiềm cùng với Rubidium, Cesium và Francium vì đều có 1 electron lớp ngoài cùng.
Các nhà hóa học đã xây dựng nhiều bảng, điều chỉnh theo khám phá mới và dữ liệu tốt hơn. Cuối cùng Mendeleev thắng thế! Khi có khoảng trống trong bảng, ông đã dự đoán nguyên tố sẽ xuất hiện. Một số sai nhưng ông tiên đoán chính xác sự tồn tại của 3 nguyên tố: Gallium, Germanium và Scandium.
Theo Scerri, tiên đoán là một "chấn động tâm lý". Khi nhà khoa học dự đoán điều gì đó và nó thành hiện thực, người ta cảm thấy họ biết bí mật của tự nhiên, gần như biết trước tương lai luôn!
Scerri cho rằng khoa học hiếm khi tiến bộ bằng cách mạng. Khoa học là hoạt động của hàng trăm nghìn nhà nghiên cứu cùng đóng góp cho bức tranh chung. Đây cũng là khẩu hiệu tại hội thảo kỷ niệm.
Nhà sử học Brigitte Van Tiggelen ở Philadelphia trình bày câu chuyện về Ida Noddack (người tìm ra Rhenium) và Lise Meitner (người tìm ra Protactinium). Tiggelen biên soạn cuốn "Phụ nữ trong Nguyên tố của họ" với hơn 30 câu chuyện, kể cả Marie Curie - người tìm ra Radium và Polonium. Girl power!
Giả kim thuật có thật không?
Bảng tuần hoàn đem lại nhiều đóng góp, một trong đó khiến các nhà hóa học hướng về... giả kim thuật! Newton bị ám ảnh bởi thuật giả kim và với bảng tuần hoàn, ông hy vọng biến kim loại thành vàng.
Trong nhiều năm, William Newman - sử gia ở Đại học Indiana - thực hiện lại những nghiên cứu của Newton. Trong sách mới, Newman cho rằng Newton đã tổng hợp ra vài vật liệu mới mà chúng ta chưa khám phá ra đấy!
Ngay cả dưới ánh sáng khoa học hiện đại, các phản ứng hóa học vẫn siêu hấp dẫn. Trong hỗn hợp vật lý, trộn A với B được A+B. Nhưng trong hóa học, trộn A với B ra thứ hoàn toàn mới!
Ví dụ: Na (kim loại độc) + Cl (chất độc) = NaCl (muối ăn - thứ cần thiết cho sự sống). Theo Scerri, đó chính là "phép thuật"!
Lúc đó, giả kim thuật vẫn là công việc thực sự khi các nhà vật lý hạt nhân và hóa phóng xạ đẩy giới hạn kiến thức với những nguyên tố mới. Nguyên tố tự nhiên nặng nhất là Uranium với 92 proton.
Nhưng bảng tuần hoàn còn nhiều hơn thế! Nguyên tố nặng nhất hiện nay là Oganesson (số 118) với 118 proton và chu kỳ bán rã nửa mili giây. Nó được tổng hợp năm 2002 bởi Yuri Oganessian và team Nga-Mỹ tại Trung tâm nghiên cứu hạt nhân ở Dubna, phía bắc Moscow.
Đầu năm 2020, các nhà khoa học sẽ cố gắng tổng hợp nguyên tố 119 và 120 với Nhà máy nguyên tố siêu nặng và đầu dò nhạy gấp 100 lần. Họ hy vọng chạm đến "hòn đảo của sự ổn định" - nơi các nguyên tố siêu nặng tồn tại lâu hơn.
Các nguyên tố siêu nặng đưa đến câu hỏi thú vị: liệu chúng có hành xử như dự đoán từ bảng tuần hoàn? Oganessian cho biết đến nay chỉ vài yếu tố giống mong đợi. Nhưng khi số khối tăng, sự sai lệch cũng tăng theo.
Vậy bảng tuần hoàn còn "trụ vững" không?
Hay theo Pekka Pyykko - nhà hóa học ở Đại học Helsinki - có thể cần sửa đổi đôi chút. Pyykko đã xây dựng bảng tuần hoàn phân chia nguyên tố đến số 172 luôn.
Ông thấy rằng xác suất tìm các nguyên tố nặng nhất nhỏ hơn cả việc đánh bóng golf từ Tokyo bay đúng lỗ trên đỉnh núi Phú Sĩ. Khó vãi!
Nếu may mắn, các nguyên tố siêu siêu nặng có thể có hạt nhân cấu trúc kỳ dị, như hình... bánh donut chẳng hạn!
Pyykko nói không ai tin điều đó cả, nhưng đó là khả năng đấy. Khả năng khác là hạt nhân chứa số lượng kỳ dị proton, neutron hoặc cả hai, sắp xếp thành các lớp hạ nguyên tử hoàn chỉnh.
Những hạt nhân kỳ dị này thường có độ ổn định cao. Nếu tìm được hạt nhân kỳ dị đôi thì đó là cơ hội tốt nhất đó!
Chú thích:
Nguồn: soha.vn