“The cosmos is within us. We are made of star-stuff" – nhà thiên văn học nổi tiếng người Mỹ, Carl Edward Sagan (Hình 1), đã từng phát biểu trong cuốn sách “The Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective” (Tạm dịch “Sự kết nối vũ trụ: Góc nhìn từ bên ngoài Trái Đất”) của mình. Hãy khoan bàn đến những cơ sở khoa học rắc rối đằng sau nhận định này. Câu nói của Carl Sagan đưa chúng ta đến một sự thật thú vị hơn nhiều: toàn bộ vũ trụ với đường kính khoảng 13,7 tỉ năm ánh sáng, bao gồm mọi dạng tồn tại trên Trái Đất, đều được cấu tạo nên từ những thành phần giống nhau. Những viên gạch cơ bản đó hay được biết đến dưới tên gọi “nguyên tố hóa học”.
Hình 1. Carl Edward Sagan
Lịch sử của khái niệm “nguyên tố” xuất phát từ những ý niệm cổ xưa, khi người Hy Lạp cổ đại tin rằng thế giới được tạo ra chỉ bởi bốn nguyên tố: đất, nước, lửa và khí. Trải qua hàng nghìn năm, từ giới tăng lữ Ai Cập cổ, các nhà giả kim Châu Âu Trung cổ, dù tiếp cận với hóa học theo những phương pháp theo chiều hướng “phi khoa học”, nhưng họ đã vô tình khám phá ra nhiều nguyên tố hóa học mới và phát triển một số phương pháp vẫn còn được sử dụng cho tới ngày nay. Phải đến tận thế kỉ XVII-XVIII, các nhà hóa học tiên phong như Robert Boyle, Antoine Lavoisier…mới soi sáng cấu trúc của thế giới vật chất bằng lăng kính khoa học. Sau đó, và vẫn như mọi khi, khoa học luôn là sự tiếp nối giữa các thế hệ nhà khoa học lỗi lạc và thành quả là đến năm 1869, chúng ta đã tìm ra sự tồn tại của 63 nguyên tố. Cùng với việc phát hiện ra nhiều nguyên tố, nhu cầu sắp xếp các nguyên tố một cách hệ thống để dễ nhớ, dễ truyền tải và xa hơn là mong muốn tìm thấy quy luật khoa học ẩn chứa đằng sau đã trở thành động lực thúc đẩy nhiều nhà khoa học tìm cách sắp xếp các nguyên tố đã biết thành một hệ thống có trật tự. Trong số đó, Dmitri Mendeleev cùng công trình Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (Hình 2) công bố lần đầu tiên năm 1869 của mình đã làm lu mờ tất cả những nghiên cứu cùng chủ đề và vẫn được xem là một trong những trụ cột của hóa học hiện đại.
Hình 2. Bài báo bằng tiếng Đức của Mendeleev về bảng tuần hoàn (1869)
Không dừng lại ở việc sắp xếp các nguyên tố đã biết một cách có hệ thống, công trình của Mendeleev còn có khả năng dự đoán sự tồn tại của các nguyên tố mới với mức độ chính xác đáng kể đã tạo cảm hứng cho nhiều nhà khoa học nỗ lực không mệt mỏi để lấp đầy các khoảng trống trong Bảng tuần hoàn. Cùng với những cải tiến sau đó, đến nay, chúng ta gần như đã có một hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học hoàn chỉnh (Hình 3).
Hình 3. Poster được tặng kèm theo sách Thuyết minh trực quan nhất vầ Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Dẫu có ý nghĩa to lớn như vậy, việc “truyền tải” bảng tuần hoàn đến người học thường vấp phải rào cản bởi tính trừu tượng cố hữu của lý thuyết khoa học nói chung cũng như khuôn khổ giới hạn của những cuốn sách giáo khoa. Để bổ khuyết vào phần thiếu sót đó, cuốn Thuyết minh trực quan nhất về Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học là một lựa chọn đáng giá. Sự hào hứng của tôi đối với cuốn sách không vì đó là nguồn tài liệu hỗ trợ cho giảng dạy mà còn bởi cuốn sách mang đến một thế giới đầy màu sắc được lấp đầy bởi những nguyên tố hóa học khiến người làm chuyên môn như tôi cũng không tránh khỏi ngỡ ngàng.
Bắt đầu với việc trang bị cho người đọc những kiến thức cơ bản nhưng không kém phần quan trọng như những món khai vị, cuốn sách sẽ dẫn dắt chúng ta điểm qua lịch sử của ý niệm về nguyên tố hóa học từ thời sơ khai cho đến kỉ nguyên hiện đại, giới thiệu sơ lược về Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học cùng kiến trúc sư trưởng – Dmitri Mendeleev, phản ứng hóa học và ứng dụng của nó. Sau khi đã kích thích thị giác và tính hiếu kì của chúng ta đến mức vừa đủ, cuốn sách lần lượt điểm qua từng nguyên tố hóa học theo nhóm nguyên tố với số hiệu nguyên tử tăng dần. Có thể bạn chưa biết, số hiệu của nguyên tử xác định nguyên tố mà nó thuộc về. Hay nói cách khác, nếu biết số hiệu của một nguyên tử, bạn có thể biết chính xác đó là nguyên tố nào bởi mỗi nguyên tố sẽ có một số hiệu nguyên tử khác nhau.
Trong cuộc hành trình khám phá này, mỗi nhóm nguyên tố cùng các nguyên tố thành phần sẽ được định vị trong Bảng tuần hoàn. Chúng cũng sẽ được điểm qua đôi nét về cấu trúc nguyên tử, tính chất vật lý, tính chất hóa học và hợp chất. Vì nhiều lí do mà Hydro được xếp thành một nhóm riêng. Để chắc chắn độc giả không bị “lạc đường”, thuận tiện trong tra cứu và có thể bắt đầu đọc từ bất kì phần nào của cuốn sách, các biên tập viên đã khéo léo đánh dấu mỗi nhóm nguyên tố bằng một màu khác nhau. Các màu này cũng có thể dễ dàng quan sát được từ phần gáy sách. (Hình 4)
Hình 4. Trang mở đầu của Nhóm khí trơ
Tùy vào độ phổ biến, tầm quan trọng hay lượng thông tin mà chúng ta đã biết, mỗi nguyên tố được dành từ nửa đến hai trang với các nội dung: dạng tồn tại trong tự nhiên, ứng dụng và sự thật thú vị (fun fact) mà nhiều trong số đó có thể khiến chúng ta không khỏi ngạc nhiên như “Một tinh thể zirconi có thể hình thành từ 4 tỷ năm trước” hay “Một số nhà khoa học cho rằng Copernici là có thể là kim loại duy nhất tồn tại ở thể khí trong điều kiện thường”. Không thể thiếu một ô vuông nhỏ tóm tắt vị trí nguyên tố (vẫn để tránh lạc đường!), trạng thái tồn tại của đơn chất, năm phát hiện, số lượng electron (đỏ) – proton (xanh) – nơtron (xám) trong đồng vị phổ biến nhất và mô hình hành tinh nguyên tử theo lý thuyết (Hình 5).
Hình 5. Nguyên tố đồng (Cu)
Khi điểm qua một số nguyên tố có nhiều ý nghĩa trong suốt chiều dài lịch sử loài người, chúng sẽ được dành riêng một trang đôi với hình ảnh minh họa cho vai trò của mình. Vai trò đó có thể biểu hiện trong văn hóa, tôn giáo, địa lí, khoa học, kỹ thuật… (Hình 6)
Hình 6. Tượng Bồ tát bằng vàng tại chùa Long Sơn, Nha Trang
Thế mạnh sử dụng hình ảnh minh họa chi tiết, sinh động của nhà xuất bản DK càng phát huy vai trò trong cuốn Thuyết minh trực quan nhất về Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Những sự vật, hiện tượng xung quanh quen thuộc đến mức chúng ta thường quên mất sự kì diệu của những “phép lạ” khoa học ẩn chứa bên trong. Khép cuốn sách lại, độc giả hẳn sẽ ít nhiều thay đổi thế giới quan của mình. Hóa học, theo đó, hiện ra đầy sức sống và sắc màu!
Nguyễn Anh Khoa-----------------------
Giáo viên Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn, Khánh Hòa
Tìm hiểu thêm về cuốn sách "Thuyết minh trực quan nhất về Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học": Tại đây
