Tiểu sử Dmitri Mendeleev: Cuộc đời và giấc mơ khởi sinh Bảng tuần hoàn hóa học

Mở đầu: Giấc mơ làm bừng sáng trật tự của vũ trụ

Vào giữa thế kỷ 19, nền hóa học thế giới đứng trước một cuộc khủng hoảng hỗn loạn chưa từng có. Các nhà khoa học đã tìm ra 63 nguyên tố hóa học khác nhau — từ những kim loại cổ xưa như vàng, sắt, đồng đến các phi kim mới phát hiện như clo, iot. Tuy nhiên, toàn bộ kho tàng ấy giống như một đống gạch vụn khổng lồ: Không ai biết bản chất sâu xa giữa chúng là gì, tại sao clo lại có phản ứng tương tự iot, và liệu giữa các nguyên tố có tồn tại một trật tự sắp xếp bí mật nào hay không.

Nhiều bộ óc vĩ đại nhất châu Âu khi đó đã thử sắp xếp các nguyên tố nhưng đều rơi vào bế tắc. Đúng lúc ngành khoa học dường như bất lực, một nhà bác học mang mái tóc bù xù và bộ râu xồm xoàm từ vùng băng giá Siberia xa xôi xuất hiện: Dmitri Ivanovich Mendeleev.

Chỉ bằng một bộ bài tự chế và một giấc mơ huyền thoại vào ngày 17 tháng 2 năm 1869, Mendeleev đã làm nên điều kỳ diệu nhất trong lịch sử khoa học tự nhiên: Tìm ra chiếc “chìa khóa vạn năng” giải mã cấu trúc của vũ trụ — Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Không chỉ dừng lại ở việc sắp xếp những gì đã biết, ông còn đóng vai một “nhà tiên tri khoa học” khi dự đoán chính xác đến từng con số những nguyên tố mà nhân loại phải mất hàng chục năm sau mới tìm thấy.

1. Xuất thân từ vùng đất băng tuyết Siberia & Ý chí sắt đá của người mẹ

Dmitri Ivanovich Mendeleev sinh ngày 8 tháng 2 năm 1834 tại làng Verkhnie Aremzyani, gần thị trấn Tobolsk thuộc vùng Siberia hoang vu của Đế quốc Nga. Ông là con út trong một gia đình đông đúc có tới 14 (hoặc 17 tùy ghi chép) người con. Cha ông, Ivan Pavlovich Mendeleev, là hiệu trưởng trường trung học địa phương nhưng sớm bị mù lòa do bệnh đục thủy tinh thể khi Dmitri còn rất nhỏ, đẩy cả gia đình vào cảnh bần hàn.

Gánh nặng kinh tế lúc này dồn lên vai người mẹ phi thường — bà Maria Dmitrievna Mendeleeva. Để nuôi đàn con, bà đã đứng ra khôi phục lại một xưởng sản xuất thủy tinh cũ của gia đình. Chính tại xưởng thủy tinh của mẹ, cậu bé Dmitri đã lần đầu tiên được chứng kiến sức mạnh kỳ diệu của nhiệt độ, cát thạch anh và các phản ứng hóa học màu sắc, khơi dậy niềm đam mê khoa học thực nghiệm mãnh liệt.

Năm 1847, bi kịch liên tiếp ập đến: Cha ông qua đời, và xưởng thủy tinh bị hỏa hoạn thiêu rụi hoàn toàn. Nhận thấy tài năng thiên bẩm phi thường của người con trai út, bà Maria đã làm một việc mà lịch sử khoa học không bao giờ quên: Dùng những đồng tiền tiết kiệm cuối cùng, bà cùng Dmitri cưỡi ngựa vượt qua hàng nghìn dặm đường tuyết trắng xóa qua dãy Ural hiểm trở, đi từ Tobolsk tới Moscow rồi đến Saint Petersburg để xin học bổng cho con.

Sau nhiều lần bị từ chối vì xuất thân từ tỉnh lẻ Siberia, cuối cùng Dmitri Mendeleev cũng được nhận vào Viện Sư phạm Trung ương Saint Petersburg (ngôi trường cũ của cha ông). Ngay sau khi con trai nhập học thành công, người mẹ kiệt sức vì bạo bệnh và qua đời. Lời trăn trối cuối cùng của bà đã trở thành kim chỉ nam suốt đời cho Mendeleev:

2. Bối cảnh thế kỷ 19: Cuộc khủng hoảng trật tự các nguyên tố

Sau khi tốt nghiệp xuất sắc năm 1855, Mendeleev nhận được học bổng sang Đức nghiên cứu tại Đại học Heidelberg dưới sự hướng dẫn của hai nhà khoa học lừng danh là Robert Bunsen (người phát minh đèn khí Bunsen) và Gustav Kirchhoff (khai sinh phương pháp quang phổ học). Năm 1860, ông tham dự Hội nghị Hóa học Quốc tế đầu tiên tại Karlsruhe — nơi các nhà khoa học thống nhất khái niệm về khối lượng nguyên tử và thuyết phân tử của Amedeo Avogadro và Stanislao Cannizzaro.

Trở về Nga làm Giáo sư Hóa học tại Đại học Quốc gia Saint Petersburg, Mendeleev bắt tay vào viết cuốn sách giáo khoa kinh điển Основы химии (Principles of Chemistry – Nguyên lý Hóa học). Trong quá trình biên soạn, ông vấp phải một câu hỏi hóc búa: Phải sắp xếp các nguyên tố hóa học theo trật tự nào để sinh viên dễ hiểu và phản ánh đúng quy luật bản chất?

Trước Mendeleev, đã có nhiều nhà khoa học cố gắng xây dựng hệ thống phân loại:

• Johann Wolfgang Döbereiner (1829): Phát hiện “Bộ ba nguyên tố” (Triads) như Cl – Br – I hoặc Ca – Sr – Ba, nơi nguyên tố ở giữa có khối lượng xấp xỉ trung bình cộng của hai nguyên tố hai bên.
• Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1862): Xây dựng hình trụ xoắn ốc (Telluric Helix) sắp xếp nguyên tố theo khối lượng nguyên tử.
• John Newlands (1864): Đề xuất “Định luật Bát âm” (Law of Octaves), cho rằng cứ sau 8 nguyên tố thì tính chất lặp lại giống như các nốt nhạc (Do, Re, Mi…). Tuy nhiên, ông bị Hội Hóa học Hoàng gia London chế giễu vì so sánh hóa học với âm nhạc và hệ thống sụp đổ hoàn toàn khi gặp các nguyên tố nặng hơn Canxi.
• Lothar Meyer (1864 – 1868): Xây dựng biểu đồ thể tích nguyên tử theo khối lượng rất gần với bảng tuần hoàn, nhưng chỉ giới hạn ở một nhóm nhỏ nguyên tố và không dám đưa ra bất kỳ dự đoán nào.

Tất cả những nỗ lực trên đều thất bại vì một lý do: Họ cố gượng ép các nguyên tố vào một chiếc khuôn cố định, và khi xuất hiện nghịch lý, họ không dám hoán đổi vị trí hay chấp nhận rằng hiểu biết của loài người khi đó vẫn còn chưa đầy đủ.

3. Ba ngày đêm nghẹt thở & Giấc mơ ngày 17/02/1869

Vào tháng 2 năm 1869, Mendeleev tự giam mình trong phòng làm việc suốt ba ngày ba đêm liền. Trên bàn của ông ngổn ngang những tờ giấy ghi chép số liệu nhiệt độ nóng chảy, tỷ trọng, hóa trị và khối lượng nguyên tử của 63 nguyên tố đã biết.

Để tìm kiếm sự liên kết, Mendeleev đã nghĩ ra một phương pháp độc đáo: Ông cắt 63 mảnh bìa cứng giống như một bộ bài Tây (Solitaire). Trên mỗi quân bài, ông ghi tên nguyên tố, ký hiệu hóa học, khối lượng nguyên tử và các tính chất hóa học đặc trưng nhất. Ông ngồi hàng giờ liền, liên tục xếp các quân bài theo hàng ngang, hàng dọc, hoán đổi vị trí để tìm kiếm nhịp điệu của tự nhiên.

Đến rạng sáng ngày 17 tháng 2 năm 1869 (theo lịch Gregory là ngày 1 tháng 3 năm 1869), sau hơn 70 giờ làm việc không ngủ, đầu óc Mendeleev choáng váng vì kiệt sức. Ông gục đầu xuống bàn làm việc và thiếp đi.

“Tôi nhìn thấy trong một giấc mơ một chiếc bảng, nơi tất cả các nguyên tố rơi vào đúng vị trí cần thiết theo một nhịp điệu hoàn hảo. Vừa tỉnh dậy, tôi lập tức cầm bút ghi lại mọi thứ lên một mảnh giấy nháp ngay trước mặt. Chỉ có đúng một chỗ sau này tôi cần phải sửa lại.” — Dmitri Mendeleev ghi chép lại trong nhật ký.

Ngay trong ngày hôm đó, ông hoàn thiện bản thảo công trình mang tên “Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве” (Kinh nghiệm về hệ thống các nguyên tố dựa trên khối lượng nguyên tử và tính tương đồng hóa học). Vào ngày 6 tháng 3 năm 1869, bản báo cáo chính thức được người bạn của ông là Nikolai Menshutkin đọc trước Hội Hóa học Nga, chính thức khai sinh ra Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

4. Nước cờ thiên tài: Dũng cảm để trống ô và dự đoán tương lai

Điều gì đã nâng Dmitri Mendeleev lên tầm vóc vĩ đại vượt trội hơn tất cả các nhà khoa học cùng thời? Đó chính là sự dũng cảm khoa học phi thường và niềm tin sắt đá vào quy luật tự nhiên.

Khi xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần của khối lượng nguyên tử, Mendeleev phát hiện ra hai nghịch lý lớn mà những người khác đều lảng tránh:

1. Nghịch lý khối lượng bị đo sai: Theo khối lượng đo được thời bấy giờ, Tellur (Te = 128) nặng hơn Iot (I = 127). Nếu xếp đúng trật tự khối lượng thì Iot sẽ rơi vào nhóm Oxi – Lưu huỳnh, còn Tellur lại rơi vào nhóm Halogen (Flo – Clo – Brom). Điều này vô cùng phi lý về tính chất hóa học. Mendeleev đã dũng cảm làm một việc chưa từng có: Ông tuyên bố số liệu khối lượng của người đương thời đo bị sai, và hoán đổi vị trí của Tellur và Iot cho đúng tính chất. Nhiều thập kỷ sau, khi số hiệu nguyên tử Z (điện tích hạt nhân) được tìm ra, thế giới mới ngỡ ngàng: Tellur có $Z=52$, còn Iot có $Z=53$. Mendeleev đã hoàn toàn chính xác!
2. Những khoảng trống bí ẩn: Ở nhiều vị trí, để các nguyên tố có cùng tính chất rơi vào cùng một cột dọc, Mendeleev thấy xuất hiện những “khoảng trống”. Những người khác sẽ cố gượng ép nhét các nguyên tố khác vào để lấp đầy bảng. Nhưng Mendeleev thì không! Ông khẳng định: Khoảng trống này thuộc về những nguyên tố mà nhân loại chưa từng tìm thấy!

Không chỉ để trống các ô, Mendeleev còn dùng tiền tố tiếng Phạn Eka (nghĩa là “Một”) để đặt tên tạm thời và phác họa chi tiết đến kinh ngạc tính chất của 3 nguyên tố còn chưa ra đời:

Năm 1875, nhà hóa học người Pháp Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran phát hiện ra một nguyên tố mới trong quặng kẽm và đặt tên là Gallium. Khi Boisbaudran đo tỷ trọng ban đầu là 4,7 g/cm³, Mendeleev dù chưa từng nhìn thấy mẫu vật đã viết thư gửi tới Viện Hàn lâm Pháp khẳng định Boisbaudran đã đo mẫu quặng chưa tinh khiết, tỷ trọng thực tế phải là 5,9 g/cm³. Sau khi tinh chế kỹ lưỡng, Boisbaudran kinh ngạc thông báo tỷ trọng chính xác là 5,904 g/cm³ — khớp tuyệt đối với dự đoán của Mendeleev!

Chỉ trong vòng 15 năm tiếp theo, hai nguyên tố khác do Mendeleev dự đoán tiếp tục được tìm ra:

• Eka-Boron (Scandium – Sc): Do Lars Fredrik Nilson phát hiện tại Thụy Điển năm 1879.
• Eka-Silicon (Germanium – Ge): Do Clemens Winkler phát hiện tại Đức năm 1886.

Toàn bộ giới khoa học thế giới rúng động. Kể từ thời điểm đó, Hóa học chính thức thoát khỏi thời kỳ mò mẫm định tính để trở thành một ngành khoa học dự đoán chính xác ngang hàng với Toán học và Vật lý thiên văn.

5. Những cống hiến vượt thời đại ngoài Bảng tuần hoàn

Mặc dù được cả thế giới nhớ đến với Bảng tuần hoàn, Dmitri Mendeleev là một nhà bách khoa toàn thư với hơn 400 công trình nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực:

• Tiên phong trong ngành công nghiệp dầu mỏ: Ông là người đầu tiên nghiên cứu thành phần hóa học của dầu mỏ vùng Baku (Azerbaijan), đề xuất xây dựng các đường ống dẫn dầu và nhà máy lọc dầu hiện đại. Chính ông là tác giả của câu nói nổi tiếng chấn động ngành năng lượng: “Đốt dầu mỏ để làm chất đốt chẳng khác nào việc đốt những tờ tiền giấy trong lò sưởi”. Ông chủ trương dầu mỏ phải được dùng làm nguyên liệu quý giá để tổng hợp hóa chất hữu cơ.
• Vật lý chất khí và Khí tượng học: Ông phát hiện ra “nhiệt độ sôi tuyệt đối” (trạng thái tới hạn của chất lỏng – khí) độc lập với Thomas Andrews. Năm 1887, ở tuổi 53, ông đã một mình dũng cảm leo lên một quả khinh khí cầu không có người điều khiển ở độ cao 3.000 mét để quan sát nhật thực toàn phần và đo áp suất khí quyển.
• Đo lường học và Tiêu chuẩn quốc gia: Năm 1893, ông được bổ nhiệm làm Giám đốc đầu tiên của Cục Cân Đo Nga (nay là Viện Đo lường V.I. Mendeleev). Ông đã chuẩn hóa toàn bộ hệ thống đo lường quốc gia, giúp Đế quốc Nga chuyển đổi sang hệ mét quốc tế.

6. Nỗi oan trượt giải Nobel & Sự bất tử vĩnh hằng

Một trong những nghịch lý và tiếc nuối lớn nhất trong lịch sử giải thưởng Nobel là việc Dmitri Mendeleev chưa từng đoạt giải Nobel Hóa học.

Vào các năm 1905 và 1906, Hội đồng Nobel Hóa học của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã đề cử Mendeleev cho giải Nobel vì thành tựu vĩ đại của Bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, nhà hóa học quyền lực Svante Arrhenius (người đoạt giải Nobel năm 1903) đã dùng sức ảnh hưởng cá nhân để phản đối quyết liệt, với lý do Bảng tuần hoàn được phát minh từ năm 1869 là “đã quá cũ” và vi phạm di chúc của Alfred Nobel về việc tôn vinh các phát minh gần đây. Trên thực tế, nhiều sử gia khoa học chỉ ra rằng Arrhenius đã trả đũa cá nhân vì trước đó Mendeleev từng công khai chỉ trích Thuyết điện ly của ông.

Mặc dù vậy, lịch sử đã trao cho Mendeleev một phần thưởng vượt lên trên mọi tấm huy chương vàng Nobel: Sự bất tử trên Bảng tuần hoàn.

Năm 1955, khi các nhà khoa học tại Đại học California, Berkeley do nhà hóa học đoạt giải Nobel Glenn Seaborg dẫn đầu tổng hợp thành công nguyên tố phóng xạ nhân tạo số 101, họ đã nhất trí đặt tên cho nguyên tố mới này là Mendelevium (ký hiệu: Md) để vinh danh người cha đẻ của Bảng tuần hoàn. Nhà bác học Glenn Seaborg khi đó đã phát biểu:

Dmitri Mendeleev qua đời vào ngày 2 tháng 2 năm 1907 tại Saint Petersburg ở tuổi 72 vì bệnh cúm. Hàng chục nghìn người dân Nga, các giáo sư, sinh viên đã diễu hành trên các đường phố Saint Petersburg để tiễn đưa ông. Đi đầu đoàn người đưa tang không phải là những vòng hoa lộng lẫy, mà là một tấm bảng khổng lồ in hình Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học — di sản vĩ đại nhất mà một người con của Trái Đất để lại cho văn minh nhân loại.

Các câu hỏi thường gặp về Dmitri Mendeleev (FAQ)

Tài liệu tham khảo & Trích dẫn học thuật (E-E-A-T)

1. Mendeleev, D. (1869). Über die Beziehungen der Eigenschaften zu den Atomgewichten der Elemente. Zeitschrift für Chemie, 12, 405–406.
2. Scerri, E. R. (2007). The Periodic Table: Its Story and Its Significance. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-530573-9.
3. Gordin, M. D. (2004). A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table. Basic Books.
4. Seaborg, G. T. (1994). Modern Alchemy: Selected Papers of Glenn T. Seaborg. World Scientific.
5. Royal Society of Chemistry (RSC). Dmitri Mendeleev and the Periodic Table Historical Archive.