Bảng tuần hoàn nguyên tố - những điều thú vị
11:13' 11/09/2008 (GMT+7)
- Những điều thú vị về các nguyên tố hóa học: Nguyên tố nào tồn tại trong quả đất,
trên vũ trụ hay chỉ trong phòng thí nghiệm? Số phận của nguyên tố mới nhất 108. Vinh
quang và bi kịch của những nhà săn tìm nguyên tố mới... Các phát kiến mới mẻ về các
nguyên tố hoá học ở các trung tâm nghiên cứu lớn trên thế giới giúp con người mở rộng
tầm nhìn, khám phá nhiều điều thú vị về thế giới tự nhiên.
PHẦN I: BỀN HAY KHÔNG BỀN - TỒN TẠI HAY KHÔNG TỒN TẠI
Trong nhà trường (giảng dạy, học tập và thi cử về môn hoá học), bảng tuần hoàn các nguyên tố
hoá học (THNT), dĩ nhiên, là một tài liệu cẩm nang. Trong một sõ lĩnh vực khoa học và đời sống,
như hoá học, vật lý, sinh học, công nghiệp, bảng THNT là một trong những công cụ tra cứu cần
thiết. Và, nói chung, các phát kiến mới mẻ về các nguyên tố hoá học ở các trung tâm nghiên cứu
lớn trên thế giới cũng giúp con người mở rộng tầm nhìn, khám phá nhiều điều thú vị về thế giới tự
nhiên.
Tuy vậy, trong cuộc sống bộn bề bao điều phải quan tâm, có nhiều tri thức thông thường tưởng là
ai cũng biết mà vẫn chưa biết, hoặc không đầy đủ và đôi lúc nhầm lẫn.
Ngay cả trong một buổi truyền hình trò chơi, cả thí sinh (hẳn là một học sinh giỏi muốn chinh phục
đỉnh Olympic trí tuệ), MC hoạt bát (và ở phía sau, hẳn là một vị cố vấn ra câu hỏi lẫn đáp án) đều
dễ dàng thống nhất nhau một câu trả lời mơ hồ về đặc tính rất tiêu biểu - bền hay không bền - của
một số nguyên tố trong bảng THNT.
Vì vậy, chúng tôi xin cung cấp đôi điều hiểu biết nhằm góp phần làm phong phú thêm kho tàng tri
thức của bạn đọc, bắt đầu từ một chi tiết trong trò chơi truyền hình trí tuệ đã nêu.
Tất cả nguyên tố nhẹ đều bền?
Để hiểu rõ một nguyên tố như thế nào là bền, trước hết xin cùng nhắc lại một vài khái niệm căn
bản về nguyên tố hoá học.
Một nguyên tố có thể có nhiều đồng vị (cùng một nguyên tử số Z, nhưng khác nhau về số khối
lượng A). Trong đó, có thể có đồng vị bền (hạt nhân của nó không tự biến đổi thành hạt nhân
khác), và đồng vị không bền (còn gọi là đồng vị phóng xạ: hạt nhân của nó có thể tự biến đổi thành
những hạt nhân khác). Từ đó dẫn đến các định nghĩa: Nguyên tố bền là nguyên tố có ít nhất một
Ngôi sao bùng nổ, nơi
tạo thành nguyên tố mới như

tìm thấy trong vũ trụ qua dấu vết vạch phổ nguyên tử đặc trưng của nó trong phổ ánh sáng phát ra
từ một vài vì sao có tên như HR 465, HD 101065 và HD 965.
“Tuổi đời” của 11 nguyên tố không bền cũng rất khác nhau, nhưng trong tất cả các nguyên tố kể
trên, không có đồng vị nào là “sống” vĩnh cửu, mặc dù có vài nguyên tố sống rất “thọ”. “Thọ” nhất là
nguyên tố Bismuth, nằm ở ô 83 của bảng THNT: đồng vị Bi-209 của nó có chu kì bán rã những 19
Tỉ x Tỉ năm với sai số chỉ 10%!
Rõ ràng, với câu hỏi đặt ra ở trên, câu trả lời là phủ định. Cụ thể, có tất cả 11 nguyên tố không bền
đứng trước Uranium, trong đó nguyên tố Bismuth là bền nhất. Như vậy, số nguyên tố bền đứng
Trụ sở Ban Giám đốc Trung
tâm khoa học quốc tế Đúp-na
(Việt Nam là quốc gia thành
viên. Nhiều thế hệ khoa học gia
VN làm việc ở đây). Ảnh tư liệu
của JINT
trước Uranium chỉ dừng lại ở con số 80.
Tất cả các nguyên tố siêu nặng đều không bền?
Ở đây, câu trả lời sẽ là khẳng định.
Các nguyên tố đứng sau nguyên tố Uranium (92) có tên gọi chung là siêu uran hay siêu nặng. Cho
đến nay, chưa tìm thấy một nguyên tố bền nào khác trong số các nguyên tố siêu uran hay siêu
nặng đã biết, từ nguyên tố 93 (Neptuni) cho đến 118 (chưa đặt tên).
Cũng cần nói thêm rằng, cả hai nguyên tố nhẹ hơn, Uranium và Thorium - những nguyên liệu chủ
yếu của lò phản ứng hạt nhân, tưởng là bền mà cũng không bền. Quả vậy, một đồng vị của
Uranium là U-238 có chu kỳ bán rã lớn nhất, 4,51 tỉ năm, suýt soát tuổi của trái đất. Tuy vậy, tuổi
thọ đó cũng chưa bằng nguyên tố Bismuth và cũng chưa bằng Thorium; vì một đồng vị của
Thorium, Th-232, có chu kỳ bán rã những 14,05 tỉ năm, lớn hơn U-238 và tuổi quả đất đến 3 lần.
Trở lại với các nguyên tố siêu nặng hay siêu uran. Cho đến nay, các số liệu thực nghiệm thu được
đều chứng tỏ: các nguyên tố siêu uran đã tìm thấy, chẳng những không bền, mà thời gian sống của
chúng bé hơn Uranium quá nhiều. Chẳng hạn, từ nguyên tố 108 đến 112, thời gian sống giảm theo
quy luật “nguyên tử số càng tăng, thời gian sống của chúng càng giảm“, cụ thể từ 10 giây xuống
còn một phần vạn giây. Nhưng điều thú vị là đến nguyên tố 114, 116 và 118 quy luật nói trên xem

tốc đến 35 MeV vào bia Curium (Cm-242), kết quả là một đồng vị của Californium là Cf-245 (chu kỳ
bán rã 44 phút) đã được tạo thành. Còn trong tự nhiên? Nguyên tố Cf không tìm thấy trên mặt đất,
nhưng đã có dấu vết trong vũ trụ, trong một vì sao đang cháy qua vạch phổ đặc trưng ghi được của
đài thiên văn. Đây là nguyên tố duy nhất cho tới bây giờ, trong số các nguyên tố siêu nặng hay siêu
uran nằm sau ô 94 trong bảng THNT, được xem như có mặt trong tự nhiên.
Nguyên tố Californium đã nâng tổng số các nguyên tố hóa học có thể “nhìn thấy” trên trái đất với
hàm lượng khác nhau, hoặc có chứng tích tồn tại trong vũ trụ, lên đến con số 94 +1 = 95.
Tất cả các nguyên tố siêu uran còn lại, từ Americium (Am,95) đến 118 chỉ được tìm thấy bởi
phương pháp nhân tạo, chủ yếu bằng cách tổng hợp trên máy gia tốc. Quá trình tổng hợp như sau:
Bắn một chùm hạt “đạn” như proton, anpha hay các ion nặng hơn vào lá bia gồm các nguyên tử
của một nguyên tố nặng khác, một phản ứng hạt nhân tổng hợp xảy ra. Khi đó, một hạt nhân bia và
một hạt đạn kết hợp lại thành một hạt nhân mới, kèm theo quá trình phát các hạt như notron,
proton, beta, gamma v.v… Với phản ứng tổng hợp, các hạt nhân siêu nặng hay siêu uran mới
được tạo thành, vì vậy các nguyên tố siêu uran này còn được gọi là các nguyên tố tổng hợp.
Tóm lại, tổng số nguyên tố tồn tại trong tự nhiên vẫn không vượt qua con số 95.
PHẦN II: TÌM KIẾM NGUYÊN TỐ MỚI - VINH QUANG VÀ CAY ĐẮNG
Nguyên tố 106: Ngoại lệ lịch sử
Chi phí để chế tạo ra các nguyên tố siêu nặng, siêu uran trong phòng thí nghiệm rất cao, đòi hỏi
thiết bị và công nghệ rất tinh vi, hiện đại và dĩ nhiên là đắt tiền, từ các tấm bia siêu tinh khiết, máy
phân tách hạt nhân theo khối lượng; điện tích, đặc biệt là các cỗ máy gia tốc hiện đại nhất cho
chùm hạt cường độ lớn, năng lượng cao và chính xác v.v…Vì vậy, mỗi nguyên tố mới được tìm
thấy thường trải qua những đoạn đường đầy chông gai, có giá thành không nhỏ. Nhưng ý nghĩa
khoa học cũng rất to lớn. Và các tác giả phát minh cũng nhận được sự tôn vinh xứng đáng.
Trái: TS. Viktor Ninov (trái), "tác giả" vụ tai tiếng nguyên
tố 118. Phải: G. Seaborg - tác giả 12 nguyên tố mới, được
giải Nobel, người duy nhất được đặt tên cho nguyên tố mới
- 106, khi còn sống. (Ảnh: www.lbl.gov)
Có những trường hợp sự tôn vinh vượt ra ngoài thông lệ bình thường, đó là trường hợp của
nguyên tố 106. Nguyên tố 106 được phát minh từ năm 1974, nhưng cuộc tranh cãi bản quyền kéo
dài đến 20 năm giữa hai trung tâm khoa học hàng đầu thế giới, giữa Phòng thí nghiệm quốc gia