Chương 3 Đảo Galápagos của bảng tuần hoàn

Có thể nói lịch sử của bảng tuần hoàn là lịch sử của hàng loạt người định hình ra nó. Người đầu tiên giống kiểu tên xuất hiện trong sách lịch sử (như tiến sĩ Guillotin, Charles Ponzi, Jules Léotard hoặc Étienne de Silhouette) sẽ khiến bạn mỉm cười khi vẫn có người nhớ tới. Người tiên phong về bảng tuần hoàn này xứng đáng được ca ngợi đặc biệt, vì đèn đốt mang tên ông đã tiếp tay cho những trò quậy phá của sinh viên năm hai nhiều hơn bất kỳ dụng cụ thí nghiệm nào trong lịch sử. Thất vọng thay, nhà hóa học người Đức Robert Bunsen không thực sự phát minh ra đèn đốt “mang tên mình”, mà chỉ cải tiến thiết kế và phổ biến nó vào giữa thế kỷ 19. Nhưng cho dù không có đèn đốt Bunsen đi nữa, cuộc đời ông cũng đã có quá nhiều trắc trở rồi.

“Tình đầu” của Bunsen là asen. Mặc dù nguyên tố thứ 33 này đã vang danh ngay từ thời cổ đại (những thích khách La Mã thường bôi nó lên quần áo), nhưng lại không nhiều nhà hóa học tuân thủ luật pháp biết về asen trước khi Bunsen bắt đầu khuấy tung nó lên trong ống nghiệm. Ông chủ yếu làm việc với cacodyl 1 (xuất phát từ một từ nghĩa là “hôi” trong tiếng Hy Lạp) chứa asen. Bunsen từng nói cacodyl rất hôi và đã khiến ông bị ảo giác, “lập tức ngứa ran tay chân, thậm chí choáng váng và mất cảm giác”. Lưỡi ông “bị phủ một lớp màu đen”. Có lẽ bắt nguồn từ chính nhu cầu của bản thân, ông đã sớm phát triển “thuốc giải” độc asen tốt nhất: sắt oxit hydrat 2 (chất liên quan đến gỉ sắt này sẽ bám vào asen trong máu và kéo nó ra). Tuy nhiên, ông vẫn không thể bảo vệ mình khỏi mọi nguy hiểm. Một cốc thủy tinh chứa asen đã bất ngờ phát nổ và gần như đã thổi bay nhãn cầu phải của Bunsen, khiến ông mù một mắt trong 60 năm cuối đời.

1 . Chất hữu cơ chứa asen có công thức hóa học là (CH 3 ) 2 As–As(CH 3 ) 2 . (BTV)

2 . Công thức hóa học là Fe 2 O 3 .H 2 O. (BTV)

Sau tai nạn, Bunsen đã gạt asen sang một bên và theo đuổi niềm đam mê với những vụ nổ tự nhiên. Bunsen yêu thích bất cứ thứ gì phun ra từ mặt đất. Trong nhiều năm, ông nghiên cứu các mạch nước phun và núi lửa bằng cách thu thập thủ công hơi và chất lỏng sôi của chúng. Ông cũng dựng lên một mạch nước phun Old Faithful giả trong phòng thí nghiệm và phát hiện ra cách các mạch nước này tích áp và phun trào. Bunsen quay lại với hóa học tại Đại học Heidelberg vào những năm 1850 và sớm ghi danh vào lịch sử khoa học nhờ phát minh máy quang phổ (quang phổ kế): thiết bị nghiên cứu các nguyên tố hóa học bằng ánh sáng. Mỗi nguyên tố trên bảng tuần hoàn tạo ra các dải sáng hẹp và sắc nét khi được nung nóng. Chẳng hạn: hydro luôn phát ra một vạch đỏ, một vạch xanh lục vàng, một vạch xanh lam nhạt và một vạch chàm. Nếu đốt nóng một chất bí ẩn và thu được những vạch đặc trưng đó, bạn có thể cá rằng nó chứa hydro. Đây là một bước đột phá mạnh mẽ, phương pháp đầu tiên quan sát được bên trong các hợp chất kỳ lạ mà không cần đun sôi hoặc phân hủy chúng bằng axit.

Để chế tạo máy quang phổ đầu tiên, Bunsen và một sinh viên gắn một lăng kính vào trong hộp xì gà rỗng để tránh ánh sáng bên ngoài chiếu vào, rồi gắn hai thị kính gỡ từ kính viễn vọng để nhìn vào bên trong (giống như một mô hình ba chiều). Điều duy nhất hạn chế quang phổ học tại thời điểm đó là tạo ra lửa đủ nóng để kích thích các nguyên tố. Vì vậy, Bunsen đã phát minh ra một thiết bị giúp ông trở thành anh hùng đối với những người chưa từng đốt thước kẻ hay hơ bút chì trên lửa. Ông lấy một đèn đốt khí thô sơ của kỹ thuật viên địa phương và thêm một van để điều chỉnh lưu lượng oxy. (Nếu bạn từng nghịch cái núm ở đế của đèn đốt Bunsen thì chính là nó đó.) Kết quả là lửa đã được cải thiện từ màu cam nổ lốp đốp và không đủ nóng sang xanh lam gọn gàng thường thấy trên những cái bếp ngày nay.

Công trình của Bunsen đã giúp bảng tuần hoàn phát triển nhanh chóng. Mặc dù ông phản đối ý tưởng phân loại các nguyên tố theo quang phổ nhưng các nhà khoa học khác lại không lo được nhiều tới vậy, và máy quang phổ lập tức xác định được các nguyên tố mới. Quan trọng không kém, nó giúp sàng lọc mạo nhận nhờ tìm ra nguyên tố cũ ngụy trang trong những chất chưa biết. Cách nhận dạng nguyên tố đáng tin cậy này đã giúp các nhà hóa học tiến được một bước dài trên chặng đường hướng tới mục tiêu tối thượng là hiểu rõ các chất hơn. Tuy nhiên, ngoài việc tìm kiếm nguyên tố mới, các nhà khoa học cần sắp xếp chúng thành một loại cây phả hệ. Ở đây, chúng ta sẽ đến với một đóng góp to lớn khác của Bunsen cho bảng tuần hoàn: góp công kiến tạo một triều đại khoa học tại Heidelberg, nơi ông hướng dẫn một số nhà khoa học đã tiến hành những nghiên cứu đầu tiên về định luật tuần hoàn. Trong số đó có cả nhân vật thứ hai của câu chuyện này: Dmitri Mendeleev, người thường được ca ngợi vì tạo ra bảng tuần hoàn đầu tiên.

Thật ra, cũng như Bunsen và đèn đốt mang tên ông, Mendeleev không tự tạo ra bảng tuần hoàn đầu tiên. Đã có sáu người độc lập phát minh ra nó, và tất cả đều dựa trên “sự tương đồng hóa học” mà các nhà hóa học đi trước ghi lại. Mendeleev bắt đầu với một ý tưởng sơ bộ về cách tổ chức các nguyên tố có tính chất tương tự thành từng nhóm nhỏ, rồi rút ra định luật khoa học từ những nhóm trong hệ thống tuần hoàn này (như cách Homer biến những mẩu chuyện rời rạc trong thần thoại Hy Lạp thành sử thi Odyssey ). Khoa học cũng cần những vị anh hùng như bất kỳ lĩnh vực nào khác, và Mendeleev trở thành nhân vật chính trong câu chuyện về bảng tuần hoàn nhờ một số lý do sau đây.

Thứ nhất là ông có một tiểu sử u buồn. Sinh ra ở Siberi và là con út trong gia đình có mười bốn anh chị em, Mendeleev mồ côi cha năm 1847 khi mới mười ba tuổi. Lúc ấy, để có tiền trang trải cho gia đình, mẹ ông đã dũng cảm tiếp quản một nhà máy thủy tinh địa phương và quản lý các thợ thủ công nam. Rồi nhà máy bị thiêu rụi. Gửi gắm toàn bộ hy vọng vào cậu con trai thông tuệ, bà kèm Dmitri trên lưng ngựa và băng qua gần 2.000 km thảo nguyên rồi tới những sườn dốc trắng xóa tuyết phủ của dãy Ural để đến một trường đại học danh giá tại Moscow. Nhưng ngôi trường ấy đã từ chối Dmitri vì cậu không phải người địa phương. Không nản lòng, bà lại đưa con lên ngựa và đi thêm 600 km để đến ngôi trường cũ của chồng ở St. Petersburg. Ngay sau khi thấy con trai nhập học, bà đã từ giã cõi đời.

Mendeleev đã chứng tỏ mình là một học sinh xuất sắc. Sau khi tốt nghiệp, ông nghiên cứu tại Paris và Heidelberg và được Bunsen lừng danh hướng dẫn một thời gian (hai người có mẫu thuẫn cá nhân, một phần vì tính khí thất thường của Mendeleev và phần khác là vì phòng thí nghiệm của Bunsen nổi tiếng là ồn ào và độc hại). Mendeleev trở lại St. Petersburg với tư cách là giáo sư vào những năm 1860 và bắt đầu suy nghĩ về bản chất các nguyên tố, mà thành quả đỉnh cao là bảng tuần hoàn nổi tiếng năm 1869 của ông.

Nhiều người đã nghiên cứu cách sắp xếp các nguyên tố (một số thậm chí đã giải quyết được nhưng lại không trọn vẹn) với cách tiếp cận tương tự Mendeleev. Nhà hóa học người Anh John Newlands tầm 30 tuổi đã trình bày bảng tạm thời của mình trước Hội hóa học London vào năm 1865. Tuy nhiên, ông đã bị chính cách ví von sai lầm của mình làm hại. Vào thời điểm đó, vì không ai biết về khí trơ (từ heli đến radon) nên các hàng trên cùng trong bảng tuần hoàn của ông chỉ có bảy ô. Newlands hóm hỉnh so sánh bảy ô ấy với các nốt nhạc đồ-rê-mi-fa-son-la-si-đố. Thật không may, Hội hóa học London không phải là khán giả hóm hỉnh và họ đã chế giễu công trình “trẻ con” của Newlands.

Đối thủ nặng ký hơn của Mendeleev là Julius Lothar Meyer, một nhà hóa học người Đức với bộ râu trắng xồm xoàm và mái tóc đen bóng mượt. Meyer cũng từng làm việc dưới quyền Bunsen tại Heidelberg và có uy tín chuyên môn cao. Ông đã phát hiện ra rằng các tế bào hồng cầu đính oxy vào huyết sắc tố để vận chuyển. Meyer công bố bảng tuần hoàn của mình gần như cùng lúc với Mendeleev, và họ đã cùng nhận Huân chương Davy vì đồng phát hiện ra “định luật tuần hoàn”. (Đây là giải thưởng uy tín của nước Anh trước khi có giải Nobel, nhưng Newlands đã không được cân nhắc trao giải và mãi tới năm 1887 mới giành được Huân chương Davy.) Trong khi những công trình tuyệt vời liên tục gia tăng danh tiếng cho Meyer – ông giúp phổ biến một số lý thuyết đột phá đã được chứng minh là đúng – Mendeleev lại trở nên quái gở đến mức khó tin, hoàn toàn từ chối tin vào sự thật về nguyên tử.* (Sau này, ông cũng từ chối những thứ mà mắt thường không thể thấy như electron và phóng xạ.) Nếu phải cân đo đong đếm để chọn ra nhà hóa học lý thuyết vĩ đại hơn trong hai người họ tại thời điểm năm 1880, bạn hẳn sẽ chọn Meyer. Vậy điều gì đã tách Mendeleev khỏi Meyer và bốn nhà hóa học khác (đã công bố các bảng tuần hoàn của họ trước đó), ít nhất là theo phán xét của lịch sử?*

Đầu tiên, hơn bất kỳ nhà hóa học nào khác, Mendeleev hiểu rằng một số đặc điểm nhất định về các nguyên tố vẫn tồn tại, ngay cả khi những đặc điểm khác thì không. Ông nhận ra rằng hợp chất như thủy ngân oxit (một chất rắn màu cam) không “chứa” một chất khí (oxy) và một kim loại lỏng (thủy ngân) như những người khác vẫn tin. Thay vào đó, hai nguyên tố kết hợp thành thủy ngân oxit sẽ tạo ra khí và kim loại khi tồn tại độc lập. Chỉ có nguyên tử khối của mỗi nguyên tố là không đổi. Mendeleev coi đây là đặc điểm định danh của mỗi nguyên tố, và ý tưởng đó của ông đã rất gần với quan điểm hiện đại.

Thứ hai, không như những người sắp xếp các nguyên tố thành cột và hàng khác, Mendeleev đã làm việc cả đời trong phòng thí nghiệm và có được kiến thức rất, rất sâu sắc về tính chất, mùi và cách thức phản ứng của các nguyên tố (đặc biệt là kim loại, vốn là các nguyên tố mơ hồ và khó hiểu nhất để đặt vào bảng tuần hoàn). Điều này giúp ông sắp xếp toàn bộ 62 nguyên tố đã biết lúc bấy giờ vào các cột và hàng trong bảng của mình. Mendeleev cũng sửa đổi bảng tuần hoàn của ông rất nhiều lần, có lúc còn viết các nguyên tố lên thẻ học và chơi trò xếp lá bài phiên bản hóa học trong văn phòng. Hơn hết, dù cả hai đều để trống một số ô trên bảng tuần hoàn của mình vì không có nguyên tố đã biết nào phù hợp, nhưng không như Meyer vốn cẩn trọng, Mendeleev lại táo bạo dự đoán rằng các nguyên tố mới sẽ được tìm ra. Ông dường như muốn nói: hãy nhìn kỹ đi, các nhà hóa học và địa chất học, rồi các ngài sẽ thấy chúng. Lần theo đặc điểm của các nguyên tố đã biết tại từng cột, Mendeleev thậm chí còn dự đoán khối lượng riêng cùng nguyên tử khối của các nguyên tố chưa biết. Và khi một số dự đoán đó được chứng thực, hết thảy đều bị mê hoặc. Hơn nữa, khi các nhà khoa học phát hiện ra khí trơ vào những năm 1890, bảng tuần hoàn Mendeleev đã vượt qua một thử thách quan trọng, vì nó chỉ cần thêm một cột nữa là đã dễ dàng bổ sung các nguyên tố mới này. (Mendeleev ban đầu phủ nhận sự tồn tại của khí trơ, nhưng đến lúc ấy thì bảng tuần hoàn không còn là của riêng ông nữa.)

Tiếp theo là sự phi thường của Mendeleev. Giống như nhà văn Nga Dostoevsky cùng thời (người đã viết toàn bộ cuốn tiểu thuyết Con bạc trong ba tuần để trả hết nợ cờ bạc), Mendeleev tạo ra bảng tuần hoàn đầu tiên của ông để trả đúng hạn cho nhà xuất bản sách giáo khoa. Tập một của bộ sách giáo khoa ấy dày tới 500 trang, nhưng ông mới chỉ viết đủ cho tám nguyên tố. Điều đó có nghĩa ông phải nhét tất cả phần còn lại vào tập hai. Sau sáu tuần chần chừ, trong một khoảnh khắc xuất thần, ông quyết định rằng cách trình bày ngắn gọn nhất là trong một bảng. Quá phấn khích, ông đã bỏ công việc tay trái – cố vấn hóa học cho các nhà máy phô mai địa phương – để biên soạn bảng tuần hoàn. Khi cuốn sách được in, Mendeleev không chỉ dự đoán rằng các nguyên tố mới phù hợp với ô trống bên dưới các nguyên tố như silic và bo sẽ xuất hiện, mà còn đặt tên tạm thời cho chúng. Hẳn danh tiếng của ông cũng chẳng suy suyển thêm là mấy (vì con người thường tìm đến các bậc thầy khi do dự) vì lối dùng từ “eka” (nghĩa là “sau”) kỳ lạ, huyền bí bắt nguồn từ tiếng Phạn để tạo ra những cái tên eka-silic, eka-bo…

Vài năm sau, Mendeleev (đã nổi tiếng) ly dị vợ và muốn tái hôn. Mặc dù nhà thờ địa phương bảo thủ nói rằng phải đợi bảy năm, nhưng ông đã hối lộ một linh mục và cứ thế làm lễ cưới. Về lý thuyết, Mendeleev lúc này có tới hai người vợ, nhưng không ai dám bắt ông. Khi một quan chức địa phương phàn nàn với Sa Hoàng về tiêu chuẩn kép trong trường hợp này (linh mục nhận hối lộ đã bị cách chức, còn Mendeleev lại chẳng hề hấn gì), Sa Hoàng nghiêm nghị trả lời: “Ta thừa nhận Mendeleev có hai vợ, nhưng ta chỉ có một Mendeleev mà thôi”. Tuy vậy, sự kiên nhẫn của Sa Hoàng cũng có giới hạn. Năm 1890, Mendeleev (vốn theo chủ nghĩa vô chính phủ) đã bị phế học hàm vì đồng tình với các nhóm sinh viên cánh tả bạo lực.

Thật dễ hiểu tại sao giới sử học và khoa học lại quan tâm tới đời tư của Mendeleev. Tất nhiên ngày nay sẽ chẳng ai nhớ đến tiểu sử của ông nếu ông không phải là người tạo nên bảng tuần hoàn. Công trình của Mendeleev có thể sánh ngang Thuyết Tiến hóa của Darwin và Thuyết Tương đối của Einstein. Tuy không ai trong ba người tự làm tất cả, nhưng họ đã làm hầu hết mọi việc và làm xuất sắc hơn bất kỳ ai. Họ nhận ra tầm ảnh hưởng lớn lao của những hệ quả này và đã tìm ra hàng loạt bằng chứng hỗ trợ cho phát hiện của mình. Tương tự Darwin, công trình của Mendeleev cũng khiến nhiều người bất mãn. Việc Mendeleev tự ý đặt tên trước cho các nguyên tố mà ông chưa bao giờ tìm ra bị cho là quá mức tự phụ. Điều đó khiến người phát hiện ra “eka-nhôm” (cũng là học trò của Robert Bunsen) phẫn nộ; ông cảm thấy chính mình mới xứng đáng được vinh danh và có quyền đặt tên, chứ không phải một gã người Nga ngớ ngẩn.

Việc phát hiện eka-nhôm (nguyên tố gali ngày nay) đặt ra câu hỏi điều gì thực sự thúc đẩy khoa học phát triển: lý thuyết (định hình cách con người nhìn nhận thế giới) hay thực nghiệm (khi mà một thí nghiệm đơn giản nhất cũng có thể phá hủy các lý thuyết thanh tao). Sau khi gây lộn với nhà lý thuyết Mendeleev, nhà hóa học thực nghiệm tìm ra gali đã có câu trả lời chắc chắn. Paul-Emile François Lecoq de Boisbaudran sinh năm 1838 trong một gia đình có truyền thống làm rượu ở vùng Cognac nước Pháp. Sau khi trưởng thành, người đàn ông điển trai với mái tóc bồng bềnh, bộ ria uốn quăn và thích diện những chiếc cà vạt kiểu cách này đã chuyển đến Paris; ông sử dụng máy quang phổ của Bunsen rất lão luyện và trở thành người phân tích quang phổ xuất sắc nhất thế giới.

Lecoq de Boisbaudran xuất sắc đến mức sau khi phát hiện các dải màu chưa từng thấy trong một mẫu khoáng vật năm 1875, ông lập tức kết luận rằng mình đã phát hiện ra một nguyên tố mới (quả thật là vậy). Ông đặt tên nó là gali (theo từ Gallia – tên Latin của nước Pháp). Nhiều kẻ đa nghi cáo buộc rằng ông đã láu cá lấy tên mình đặt cho nguyên tố này, vì Lecoq (gà trống) là gallus trong tiếng Latin. Vì muốn tận tay cầm và cảm nhận chiến lợi phẩm mới của mình, Lecoq de Boisbaudran bắt đầu tinh chế một mẫu vật. Sau vài năm mày mò, nhà khoa học người Pháp cuối cùng đã có một khối gali đẹp và tinh khiết vào năm 1878. Dù ở thể rắn tại nhiệt độ phòng nhưng gali lại tan chảy ở 29°C, nghĩa là nó sẽ tan chảy thành một chất lỏng sánh giống thủy ngân nếu đặt trong lòng bàn tay (nhiệt độ cơ thể khoảng 37°C). Nó là một trong số ít kim loại lỏng bạn có thể chạm vào mà các ngón tay không bị bỏng đến tận xương. Từ đó, gali trở thành chủ đề chính của những câu đùa cợt trong giới hóa học uyên bác – một bước tiến rõ ràng so với những câu chuyện hài hước về đèn đốt Bunsen. Do gali dễ đúc và trông giống nhôm, một trò đùa khá phổ biến là tạo ra thìa bằng gali, đem lên cùng với trà và xem thực khách giật mình khi thấy trà Earl Grey “ăn” chiếc thìa.*

Tự hào về thứ kim loại biến hóa của mình, Lecoq de Boisbaudran đã công bố những phát hiện về nó trên các tạp chí khoa học. Gali là nguyên tố mới đầu tiên được phát hiện kể từ khi bảng tuần hoàn Mendeleev ra đời năm 1869; và khi đọc về công trình của Lecoq de Boisbaudran, nhà hóa học lý thuyết Mendeleev đã chen vào tranh công và tuyên bố gali được phát hiện ra dựa trên dự đoán của ông về eka- nhôm. Lecoq de Boisbaudran đáp gọn lỏn rằng chính ông mới là người phát hiện. Mendeleev không đồng tình và họ bắt đầu tranh luận về vấn đề này trên các tạp chí khoa học, hệt như một câu chuyện dài kỳ mà mỗi nhân vật lại dẫn một chương. Chẳng bao lâu, cuộc thảo luận trở nên gay gắt. Bực mình với Mendeleev, Lecoq de Boisbaudran tuyên bố rằng một người Pháp ít được biết đến đã phát triển bảng tuần hoàn trước và Mendeleev ăn cắp ý tưởng này – một tội lỗi khoa học chỉ đứng sau giả mạo dữ liệu. (Mendeleev chưa bao giờ dễ chịu trong việc chia sẻ công lao. Ngược lại, Meyer đã trích dẫn bảng tuần hoàn Mendeleev trong công trình của mình vào những năm 1870, có thể khiến các thế hệ sau nghĩ rằng công trình của Meyer là phái sinh.)

Về phần mình, Mendeleev đã xem xét số liệu của Lecoq de Boisbaudran về gali và nói với nhà hóa học thực nghiệm này (dù không hề có bằng chứng) rằng ông đã đo sai, bởi khối lượng riêng và nguyên tử khối của gali khác với dự đoán của Mendeleev. Điều này thể hiện một sự ngạo mạn đến khó tin, nhưng như triết gia-sử gia khoa học Eric Scerri đã nói: Mendeleev luôn luôn “sẵn sàng bẻ cong tạo hóa để phù hợp với triết lý vĩ đại của mình”. Sự khác biệt duy nhất giữa Mendeleev và kẻ điên là Mendeleev đã đúng: Lecoq de Boisbaudran sớm rút lại số liệu của mình và công bố các kết quả chứng thực dự đoán của Mendeleev. Theo Scerri: “Cộng đồng khoa học kinh ngạc vì nhà hóa học lý thuyết Mendeleev lại thấy rõ các tính chất của một nguyên tố mới hơn cả nhà hóa học thực nghiệm phát hiện ra nó”. Một giáo viên dạy văn từng nói với tôi rằng thứ tạo nên một câu chuyện tuyệt vời chính là đoạn cao trào “đầy ngạc nhiên mà lại tất yếu”, và bảng tuần hoàn Mendeleev là một câu chuyện tuyệt vời. Tôi ngờ rằng khi phát hiện ra sơ đồ lớn của mình về bảng tuần hoàn, chính Mendeleev cũng thấy kinh ngạc nhưng vẫn bị thuyết phục bởi sự tinh tế, đơn giản không thể chối cãi ấy. Chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi đôi lúc ông say sưa với sức mạnh của nó.

Bỏ qua vấn đề về lòng tự tôn khoa học, cuộc tranh luận thực sự ở đây xoay quanh lý thuyết và thực nghiệm. Phải chăng chính lý thuyết dẫn dắt các giác quan của Lecoq de Boisbaudran nhìn thấy một nguyên tố mới? Hay chính thực nghiệm cung cấp bằng chứng thực sự, còn lý thuyết của Mendeleev chỉ tình cờ phù hợp? Hẳn nếu Mendeleev dự đoán về sự tồn tại của phô mai trên Sao Hỏa trước khi Lecoq de Boisbaudran tìm thấy bằng chứng về gali trong bảng tuần hoàn thì nhà khoa học người Pháp cũng phải rút lại số liệu của mình và đưa ra kết quả hợp với những gì Mendeleev đã đoán. Dù Lecoq de Boisbaudran phủ nhận việc từng nhìn thấy bảng tuần hoàn Mendeleev nhưng có thể ông đã nghe về nó từ đâu đó, hoặc chính các bảng tuần hoàn đã khuấy động cộng đồng khoa học và gián tiếp chỉ dẫn giới khoa học tìm kiếm các nguyên tố mới. Như thiên tài Albert Einstein từng nói: “Chính lý thuyết quyết định những gì chúng ta quan sát được”.

Cuối cùng, giới khoa học vẫn không thể kết luận được phần nào – lý thuyết hay thực nghiệm – đã thúc đẩy khoa học nhiều hơn. Điều này đặc biệt đúng khi xét tới việc Mendeleev đã nhiều lần dự đoán sai. Ông thực sự rất may mắn khi một nhà khoa học giỏi như Lecoq de Boisbaudran đã phát hiện ra eka-nhôm trước. Nếu ai đó bới móc một trong những dự đoán sai ấy – Mendeleev dự đoán có rất nhiều nguyên tố đứng trước hydro và thề rằng hào quang Mặt Trời chứa một nguyên tố độc đáo là coroni – nhà bác học Nga có thể đã chìm vào quên lãng. Nhưng cũng như những pha bói mò của giới chiêm tinh cổ đại được hào quang rực rỡ của một ngôi sao chổi mà họ đoán chính xác che lấp đi, mọi người thường chỉ nhớ đến những khúc khải hoàn của Mendeleev. Lịch sử đã hào phóng ghi nhận cho Mendeleev – cùng Meyer và nhiều nhà bác học khác – quá nhiều công lao. Họ có những đóng góp quan trọng trong việc xây dựng “tấm lưới” treo nguyên tố này; nhưng đến năm 1869, chỉ có 2/3 các nguyên tố được phát hiện và một số ngồi sai cột và hàng trong nhiều năm (ngay cả ở các bảng tuần hoàn chuẩn nhất).

Hàng loạt công trình đã khiến sách vở sẽ ngày càng xa rời Mendeleev, đặc biệt là về họ lantan – mớ hỗn độn hiện đang nằm ở đáy bảng tuần hoàn. Họ lantan bắt đầu với lantan (nguyên tố thứ 57), và vị trí thích hợp cho chúng trên bảng tuần hoàn đã khiến các nhà hóa học bối rối đến tận thế kỷ 20. Các electron lớp f của các nguyên tố này khiến họ lantan dính vào nhau một cách rất khó chịu; tách chúng ra để đặt vào vị trí thích hợp chẳng khác nào gỡ một mớ bòng bong. Máy quang phổ cũng gặp khó khăn với họ lantan vì khi các nhà khoa học phát hiện ra hàng tá dải màu mới, họ không biết chúng ứng với bao nhiêu nguyên tố mới. Ngay cả Mendeleev vốn không ngại dự đoán cũng cho rằng các lantan hóc búa đến mức khó mà dự đoán nổi. Một số nguyên tố sau ceri (lantan thứ hai) được biết đến vào năm 1869. Nhưng thay vì dự đoán thêm nhiều “eka” khác, Mendeleev thừa nhận sự bất lực của mình. Sau ceri, ông để trống nhiều hàng trong bảng tuần hoàn. Sau đó, ông thường điền lộn xộn các lantan mới sau ceri, một phần vì nhiều nguyên tố “mới” hóa ra lại là sự kết hợp của những nguyên tố đã biết. Như thể ceri là nơi tận cùng của thế giới hóa học mà Mendeleev và những nhà khoa học khác đã biết (như Gibraltar với dân đi biển cổ đại), họ có nguy cơ rơi vào một xoáy nước hoặc rơi ra khỏi rìa thế giới ấy sau ceri.

Thật ra, Mendeleev đã có thể hóa giải tất cả nỗi thất vọng của mình nếu đi thêm vài trăm kilomet về phía tây St. Petersburg. Tại nơi gần điểm phát hiện ra ceri lần đầu tiên này (thuộc Thụy Điển), ông sẽ bắt gặp một mỏ nguyên liệu sứ mà không mấy ai quan tâm trong một ấp có cái tên ngộ nghĩnh: Ytterby.

Bảng tuần hoàn sơ khai do Dmitri Mendeleev xây dựng năm 1869. Khoảng cách lớn sau ceri (Ce) cho thấy Mendeleev và các nhà khoa học đương thời biết rõ về sự phức tạp về mặt hóa học của các kim loại đất hiếm.

Vào năm 1701, thiếu niên huênh hoang Johann Friedrich Böttger – đang ngây ngất trước đám đông mình tập hợp được bằng vài lời nói dối vô hại – đã rút ra hai đồng bạc để trình diễn ảo thuật. Sau khi anh ta khoát tay và thực hiện phép thuật hóa học, những mảnh bạc đã “biến mất”, và một mảnh vàng duy nhất hiện lên đúng vị trí đó. Đó là màn trình diễn thuyết phục nhất về thuật giả kim mà người dân địa phương từng thấy. Böttger đinh ninh danh tiếng của mình sẽ nổi như cồn và quả thật là vậy, chỉ tiếc rằng nó lại đem đến vận rủi.

Tin đồn về Böttger rất nhanh đến tai vua Augustus II của Ba Lan. Ông đã bắt nhốt Böttger trong một lâu đài và bắt tạo ra vàng cho vương quốc (tương tự truyện cổ tích Rumpelstiltskin trong Truyện cổ Grim). Böttger không thể làm được và sau vài thí nghiệm vô ích, kẻ nói dối vô hại này sắp phải bước lên giá treo cổ khi vẫn còn rất trẻ. Trong cơn bĩ cực, Böttger đã cầu xin nhà vua tha mạng. Dù không biết thuật giả kim nhưng anh ta lại nói rằng mình biết làm đồ sứ.

Vào thời điểm đó, tuyên bố này càng khó tin hơn nữa. Kể từ khi Marco Polo trở về từ Trung Quốc vào cuối thế kỷ 13, giới thượng lưu châu Âu luôn bị ám ảnh bởi sứ trắng từ Trung Quốc: đủ cứng để không bị dũa móng tay làm trầy xước nhưng vẫn hơi trong như vỏ trứng một cách kỳ diệu. Các đế quốc được đánh giá qua bộ tách trà mình sở hữu, và những lời đồn đại về sức mạnh của sứ lan khắp hang cùng ngõ hẻm. Có tin đồn rằng uống nước trong ly sứ sẽ không thể trúng độc. Tin khác lại nói đồ sứ ở Trung Quốc nhiều đến nỗi họ đã dựng lên một tòa tháp chín tầng bằng sứ chỉ để khoe mẽ. (Điều này hóa ra là thật 1 .) Trong nhiều thế kỷ, những gia tộc châu Âu đầy quyền lực (như nhà Medici ở Florence) đã tài trợ cho nghiên cứu về sứ nhưng chỉ tạo ra được những hàng nhái loại C.

1 . Năm 1412, Minh Thành Tổ Chu Đệ cho xây dựng Lưu Ly Tháp (nằm trong tổ hợp Đại Báo Ân Tự ở Nam Kinh). Đây là một tòa tháp chín tầng làm bằng sứ. (BTV)

May mắn cho Böttger, vua Augustus có sẵn một nhân tài đang nghiên cứu đồ sứ: Ehrenfried Walther von Tschirnhaus. Tschirnhaus – người từng đi thử nghiệm mẫu đất ở Ba Lan để tìm ngọc quý – vừa phát minh ra một lò nung đặc biệt đạt tới 1.650°C. Nhờ đó, anh có thể nung chảy được sứ để phân tích, và khi nhà vua ra lệnh cho Böttger làm trợ lý cho Tschirnhaus, nghiên cứu đã bắt đầu tiến triển. Bộ đôi này đã phát hiện ra thành phần bí mật trong đồ sứ Trung Quốc là một loại đất sét trắng gọi là cao lanh và đá fenspat được nung thành thủy tinh ở nhiệt độ cao. Quan trọng không kém, họ nhận ra phải nấu men sứ và đất sét cùng lúc chứ không phải trong các bước riêng biệt (như hầu hết đồ sành sứ). Chính sự pha trộn ở nhiệt độ cao này giúp sứ trở nên cứng và sáng. Sau khi hoàn thiện quá trình chế tác, họ hồ hởi quay về trình diễn cho đức vua xem. Augustus bày tỏ sự cảm kích với họ và mơ rằng đồ sứ sẽ lập tức biến ông thành vị quân chủ quyền lực nhất châu Âu (ít nhất là về mặt xã hội). Sau bước đột phá lớn như vậy, Böttger mong chờ được thả tự do. Nhưng đen đủi thay, nhà vua cho rằng giờ anh quá đáng giá nên đã nhốt lại và canh phòng cẩn mật hơn.

Bí mật về đồ sứ bị rò rỉ và công thức của Böttger cùng Tschirnhaus đã lan khắp châu Âu như một điều khó tránh. Sẵn có nền tảng cơ bản về hóa học, các thợ thủ công đã mày mò cải tiến quy trình trong nửa thế kỷ tiếp theo. Chẳng mấy chốc, người ta đã khai thác fenspat ở bất cứ nơi nào tìm thấy, kể cả vùng Scandinavi băng giá (nơi bếp lò bằng sứ trở nên đáng giá vì nhiệt độ cao và giữ nhiệt lâu hơn bếp sắt). Để phục vụ ngành công nghiệp đang phát triển ở châu Âu, một mỏ fenspat trên đảo Ytterby (cách Stockholm hàng chục kilomet) đã được khai thác năm 1780.

Ytterby (phát âm là “itt-er-bee”, nghĩa là “ngôi làng bên ngoài”) mang đặc trưng của một ngôi làng Thụy Điển ven biển: những ngôi nhà mái đỏ ngay trên mặt nước, cửa chớp lớn màu trắng và rất nhiều cây thông trong những mảnh sân rộng. Mọi người di chuyển quanh quần đảo bằng phà. Đường phố được đặt tên theo tên các khoáng sản và nguyên tố.*

Mỏ tại Ytterby nằm trên đỉnh một ngọn đồi ở đông nam hòn đảo, khoáng vật của nó cung cấp nguyên liệu thô chất lượng cao để làm sứ và các mục đích khác. Đá của nó cũng tạo ra các màu sắc và men lạ khi chế biến, và đây là điều hấp dẫn các nhà khoa học. Ngày nay, ta biết rằng màu sắc tươi sáng là bằng chứng rõ nét cho thấy sự có mặt của các nguyên tố họ lantan, và mỏ ở Ytterby chứa nhiều nguyên tố họ này tới bất thường vì một số lý do địa chất. Các nguyên tố đất hiếm từng được trộn đều trong vỏ Trái Đất, như thể ai đó đổ cả một tá gia vị vào bát và khuấy đều. Nhưng các nguyên tố kim loại (đặc biệt là họ lantan) có xu hướng di chuyển cùng nhau và co cụm lại khi hòa vào dòng dung nham. Các túi họ lantan tình cờ tập kết gần Thụy Điển (thực tế là ở dưới); và do vùng Scandinavi nằm gần một đường đứt gãy, nên các hoạt động kiến tạo địa chất trong quá khứ đã xới những tảng đá giàu nguyên tố họ lantan lên từ sâu dưới lòng đất – một quá trình được hỗ trợ bởi các miệng phun thủy nhiệt yêu thích của Bunsen. Trong kỷ băng hà gần nhất, các sông băng rộng lớn đã cuốn phăng lớp đất mặt của vùng Scandinavi. Sự kiện địa chất cuối cùng này đã làm lộ ra những tảng đá giàu lantan có thể khai thác dễ dàng gần Ytterby.

Nhưng dù Ytterby có đặc điểm địa chất giá trị về mặt khoa học cùng điều kiện kinh tế thích hợp để thu lợi nhuận từ khai thác mỏ thì nó vẫn cần môi trường xã hội thích hợp. Vào cuối thế kỷ 17 – thế kỷ mà ngay cả các tổ chức hàn lâm cũng săn lùng phù thủy quy mô lớn đến mức biến sự kiện Salem thành trò cười – Scandinavi chỉ vừa mới thoát khỏi tư duy kiểu Viking. Nhưng thế kỷ 18, sau khi Thụy Điển thống nhất bán đảo Scandinavi về mặt chính trị còn Phong trào Khai sáng ở Thụy Điển đã chinh phục nền văn hóa nơi này, người Scandinavi cuối cùng cũng nhất tề chấp nhận chủ nghĩa duy lý. Các nhà khoa học vĩ đại bắt đầu xuất hiện dù khu vực này rất ít dân. Trong đó có Johan Gadolin, một nhà hóa học sinh năm 1760 trong gia đình có truyền thống khoa học. (Cha là giáo sư vật lý và thần học, ông nội thậm chí còn giữ chức giáo sư vật lý và giám mục.)

Sau chuyến du lịch khắp châu Âu khi còn trẻ (ông tới cả Anh, kết bạn và đi thăm các mỏ đất sét của nhà sản xuất sứ Josiah Wedgwood), Gadolin định cư ở Turku (hiện là Phần Lan) đối diện Stockholm qua biển Baltic. Ở đó, ông đã trở thành một nhà địa hóa học danh tiếng. Các nhà địa chất nghiệp dư bắt đầu chuyển những tảng đá khác thường từ Ytterby đến cho ông để xin ý kiến. Và qua các ấn phẩm của Gadolin, giới khoa học bắt đầu biết đến mỏ đá nhỏ đáng chú ý này.

Mặc dù không có các công cụ hóa học (hay lý thuyết) để tách riêng 14 nguyên tố họ lantan, Gadolin đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc cô lập các cụm nguyên tố. Với ông, đi tìm nguyên tố chỉ là trò tiêu khiển để giải khuây. Tới khi Mendeleev đã già và các nhà hóa học với công cụ tốt hơn nhìn lại công trình của Gadolin trên đá Ytterby, các nguyên tố mới bắt đầu “rụng ra như sung”. Gadolin đã khởi xướng một trào lưu bằng cách đặt tên cho một nguyên tố giả định là yttria; và để ghi nhớ nguồn gốc chung của họ lantan, các nhà hóa học đã lưu danh Ytterby trên bảng tuần hoàn. Ytterby là nơi khởi thủy của bảy nguyên tố họ lantan, nhiều hơn bất kỳ người, địa điểm hay sự vật nào khác, là nguồn gốc cho các tên gọi ytecbi, ytri, tecbi và ecbi. Với ba nguyên tố chưa được đặt tên, trước khi “hết chữ” (“Rbi” nghe không xuôi cho lắm), các nhà hóa học đã dùng honmi (trong Stockholm); tuli (tên Scandinavi trong thần thoại Bắc Âu) và gadolini (để ghi công Gadolin – theo nguyện vọng của Lecoq de Boisbaudran).

Nhìn chung, có tới sáu trong bảy nguyên tố được phát hiện ở Ytterby thuộc về họ lantan còn thiếu trên bảng tuần hoàn Mendeleev. Lịch sử hẳn đã rất khác – Mendeleev có thể tự mình lấp đầy toàn bộ hàng dưới của bảng tuần hoàn (sau nguyên tố ceri) – nếu ông đi về phía tây qua vịnh Phần Lan và biển Baltic đến Ytterby, nơi có thể được ví như quần đảo Galápagos của bảng tuần hoàn 1 .

1 . Quần đảo Galápagos là nơi Darwin đã phát hiện ra nhiều loài đặc hữu. Ytterby được so sánh như quần đảo này bởi lẽ đây là nơi phát hiện ra nhiều nguyên tố họ lantan nhất. (BTV)