ใครเคยเรียนวิทยาศาสตร์ ย่อมต้องรู้จักตารางธาตุในช่วงมัธยม และอาจรู้จักรหัสช่วยจำแบบขำๆ เช่น ธาตุหมู่ 1 “Li Na K Rb Cs Fr” ซึ่งอาจท่องว่า “ลีน่าขับรถเบนซ์ซิ่งไปฝรั่งเศส” หรือธาตุหมู่ 5 “N P As Sb Bi” ก็ท่องว่า “นพพรกินสารหนู สมบูรณ์กินไบกอน” อะไรทำนองนี้ 555

แหล่งอ้างอิงจำนวนหนึ่งระบุว่า ดมีตรี เมนเดเลเยฟ (Dmitri Mendeleev) บันทึกไว้ในไดอารีว่า “ในความฝันผมเห็นตารางซึ่งธาตุทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งอย่างเข้าที่เข้าทาง พอตื่นขึ้นผมก็จดบันทึกไว้บนกระดาษทันที”

หากเรื่องทั้งหมดมีจุดกำเนิดสั้นๆ เพียงแค่นี้ ก็ดูเหมือนว่าตารางธาตุผุดขึ้นมาจากความฝันของเมนเดเลเยฟ ในทำนองเดียวกับบางเรื่อง เช่น โครงสร้างของเบนซีน (benzene – ไม่ใช่น้ำมันเบนซินนะครับ) มาจากความฝันเรื่องงูงับหางเป็นวงของเอากุส9N ฟรีดริช ฟอน เคคูเล (August Friedrich von Kekul?) นั่นเอง

แต่หากว่ากันตามหลักฐานจะพบว่าตารางธาตุมีที่มายาวนานหลายสิบปี แถมยังมีคนที่คิดเป็นตารางเอาไว้ก่อนเมนเดเลเยฟอีกด้วย

คำถามคือ เหตุไฉนวงการวิทยาศาสตร์ถึงให้เครดิตเรื่องตารางธาตุแก่เมนเดเลเยฟเป็นหลัก?

การตอบคำถามนี้ ต้องไล่เรียงเหตุการณ์ครับ เมื่อกว่า 200 ปีก่อน คือในปี ค.ศ.1789 อองตวน ลาวัวซีเย (Antoine Lavoisier) ได้ตีพิมพ์รายชื่อธาตุ 33 ชนิด โดยเขาแบ่งเป็น 4 กลุ่ม ได้แก่ ก๊าซ โลหะ อโลหะ และเอิร์ธ

คำว่า ‘เอิร์ธธ (earth)’ ในที่นี้ยืมมาจากแนวคิด “ธาตุทั้ง 4” ของกรีกโบราณ อันประกอบไปด้วย earth, water, air และ fire ซึ่งแปลตรงตัวว่า ดิน น้ำ อากาศ และไฟ (แต่คนไทยมักพูดว่า ดิน น้ำ ลม ไฟ)

และอันที่จริงแล้ว ‘เอิร์ธ’ ของลาวัวซีเยเป็นออกไซด์ของโลหะ เช่น ปูนขาว (lime) ซึ่งก็คือ แคลเซียมออกไซด์ และแมกนีเซีย (magnesia) ซึ่งก็คือ แมกนีเซียมออกไซด์

อีก 40 ปีถัดมา คือ ค.ศ.1829 โยฮันน์ วอล์ฟกัง เดอเบอไรเนอร์ (Johann Wolfgang D?bereiner) ตั้งข้อสังเกตว่าธาตุหลายชนิดอาจจัดเป็นกลุ่ม กลุ่มละ 3 ธาตุ ซึ่งธาตุสมาชิกในกลุ่มมีสมบัติคล้ายกัน และน้ำหนักอะตอมของธาตุตัวที่สองใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ยของธาตุตัวแรกกับตัวที่สาม เรียกว่า กฎของไทรแอด (Law of Triads)

ตัวอย่างเช่น คลอรีน-โบรมีน-ไอโอดีน ต่างก็เป็นแก๊สที่มีสี กลิ่นฉุนและเป็นพิษ โดยโบรมีนมีน้ำหนักอะตอมใกล้เคียงกับน้ำหนักอะตอมเฉลี่ยของคลอรีนและไอโอดีน กลุ่มธาตุ 3 ธาตุอื่นๆ ที่เป็นไปตามกฎของไทรแอด เช่น ลิเทียม-โซเดียม-โพแทสเซียม, แคลเซียม-สตรอนเชียม-แบเรียม และ ซัลเฟอร์-ซีลีเนียม-เทลลูเรียม

อีก 14 ปีถัดมา คือในปี ค.ศ.1843 เลโอพอลด์ กเมลิน (Leopold Gmelin) นักเคมีเยอรมัน ได้นำความคิดเรื่องกลุ่มสามธาตุไปต่อยอด และพบกลุ่มสามธาตุทั้งหมด 10 กลุ่ม นอกจากนี้ ยังพบกลุ่มสี่ธาตุ (tetrads) อีก 3 กลุ่ม และกลุ่มห้าธาตุ (pentads) อีก 1 กลุ่ม

พอถึงปี ค.ศ.1857 ฌ็อง-บาติสต์ ดูมา (Jean-Baptise Dumas) ได้ตีพิมพ์ผลงานซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มโลหะบางกลุ่ม บ่งชี้เป็นนัยว่าธาตุต่างๆ มาเป็นตระกูล

ในปีเดียวกันนี้เองที่ เอากุสต์ ฟรีดิช ฟอน เคคูเล (August Friedrich von Kekul?) ได้ตั้งข้อสังเกตว่าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกับอะตอมอื่นในอัตราส่วนหนึ่งต่อสี่ เช่น มีเทน คือ CH4 และคาร์บอนเตตระคลอไรด์ คือ CCl4 ข้อสังเกตนี้ได้พัฒนาเป็นแนวคิดเรื่อง ค่าวาเลนซี (valency) ในเวลาต่อมา

ในปี ค.ศ.1860 มีงานประชุมนานาชาติด้านเคมีที่เมืองคาลส์รูเออ (Karlsruhe) ซึ่ง สตานิสลาโอ กันนิซซาโร (Stanislao Cannizzaro) นักเคมีชาวอิตาเลียน ได้กล่าวถึงผลงานของนักเคมีชาวอิตาเลียนอีกคนชื่อ อาเมเดโอ อาโวกาโดร (Amedeo Avogadro) อันได้แก่ รายการค่าน้ำหนักอะตอมของธาตุต่างๆ ชุดปรับปรุงใหม่

แน่นอนว่าข้อมูลดังกล่าวนี้ย่อมเป็นที่พึงปรารถนาสำหรับนักเคมีจำนวนหนึ่ง เช่น เมนเดเลเยฟ และโลธาร์ ไมเออร์ (Lothar Meyer) สองคนนี้สำคัญและจะได้กล่าวถึงต่อไป

ในปี ค.ศ.1862 ก็มีไอเดียสนุกๆ จากนักธรณีวิทยาชาวฝรั่งเศสชื่อ อเล็กซ็องดร์-เอมีล เบกเยอ เดอ ช็องกูร์ตัว (Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois) เขานำธาตุต่างๆ มาจัดเรียงเป็นเกลียวบนผิวของทรงกระบอก โดยไล่จากน้ำหนักอะตอมต่ำไปหาสูง และจัดให้ธาตุที่เรียงอยู่ในแนวดิ่งตรงกันมีสมบัติคล้ายคลึงกัน เช่น ลิเธียม โซเดียม และโพแทสเซียม เขาเรียกแบบจำลองนี้ว่า เกลียวเทลลูริก (telluric helix) เนื่องจากธาตุเทลลูเรียมถูกจัดวางไว้ตรงกลาง

จะเห็นว่าเขาเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นว่าสมบัติของธาตุมีลักษณะวนซ้ำเป็นคาบ แต่น่าเสียดายที่ว่าในการตีพิมพ์ไม่มีแผนภาพเกลียวเทลลูริก อีกทั้งยังใช้ภาษาของนักธรณีวิทยา ผลก็คือผลงานชิ้นนี้ถูกละเลยจากวงการวิชาการไปอย่างน่าเสียดาย

น่าสนใจว่าระบบจัดระเบียบธาตุเป็นรูปเกลียวได้ผุดขึ้นมาอีกเป็นระยะ เช่น กุสตาฟุส ฮินริชส์ (Gustavus Hinrichs) นักเคมีเชื้อสายเดนมาร์กซึ่งทำงานอยู่ในสหรัฐอเมริกา ได้ตีพิมพ์ระบบรูปเกลียวในปี ค.ศ.1867 ระบบนี้อิงตามน้ำหนักอะตอม สเปกตรัม และความคล้ายคลึงกันในทางเคมี

ในปี ค.ศ.1864 ยูลิอุส โลธาร์ ไมเออร์ (Julius Lothar Meyer) นักเคมีชาวเยอรมัน ได้ตีพิมพ์ตารางธาตุซึ่งมีธาตุ 28 ชนิด โดยใช้ค่าวาเลนซีเป็นเกณฑ์ (แทนที่จะใช้น้ำหนักอะตอม)

ในปีเดียวกันนี้เอง (ค.ศ.1864) วิลเลียม ออดลิง (William Odling) นักเคมีชาวอังกฤษ ได้ตีพิมพ์การจัดเรียงธาตุจำนวน 57 ธาตุ โดยส่วนใหญ่ลำดับตามน้ำหนักอะตอมแต่มีข้อยกเว้นอยู่บ้าง

แต่จุดสำคัญคือ เขาทิ้งช่องว่างเอาไว้ที่บางตำแหน่ง อีกทั้งยังตั้งข้อสังเกตว่ามีลักษณะซ้ำๆ กันของสมบัติของธาตุ แต่ก็ไม่ได้เจาะลึกประเด็นนี้ต่อ อีก 6 ปีต่อมา (ค.ศ.1870) ออดลิงได้เสนอการจัดระเบียบโดยอิงกับค่าวาเลนซี

เหตุการณ์ที่เป็นหมุดหมายสำคัญในการพัฒนาตารางธาตุเกิดขึ้นในปี ค.ศ.1866 เมื่อ จอห์น นิวแลนด์ส (John Newlands) เสนอแนวคิดเรื่อง ‘Law of Octaves’ ต่อที่ประชุมสมาคมเคมีแห่งลอนดอน (London Chemical Society)

แก่นสาระคือ ถ้านำธาตุมาจัดเรียงตามน้ำหนักอะตอม ธาตุแต่ละชนิดจะมีสมบัติคล้ายกับธาตุที่อยู่ถัดออกไป 8 ตำแหน่งถัดจากธาตุนั้น กล่าวคือ สมบัติของธาตุจะวนกลับมาซ้ำเดิมอีกครั้งทุกๆ 8 ธาตุ นิวแลนด์สได้นำโน้ตดนตรีมาเทียบเคียง เพราะโน้ตจะวนมาเริ่มต้นใหม่ทุกๆ 8 ตัวโน้ต (โด-เร-มี-ฟา-ซอล-ลา-ที-โด (สูง))

แต่อนิจจา…นักเคมีคนอื่นๆ ตอบรับแนวคิดกฎแห่งช่วงแปดด้วยอาการเย้ยหยัน!

พวกเขาเห็นว่ามันเป็นเพียงความบังเอิญ และมีคนหนึ่งพูดติดตลกว่า หากนำธาตุมาจัดเรียงตามตัวอักษรก็อาจค้นพบแบบแผนแบบเดียวกันนี้ ผลก็คือ สมาคมเคมีแห่งลอนดอนไม่ยอมตีพิมพ์ผลงานของนิวแลนด์ส

ต้องใช้เวลานานถึง 21 ปีกว่าผลงานของนิวแลนด์สจะได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการ กล่าวคือ หลังจากที่เมนเดเลเยฟและไมเออร์ได้รับเหรียญรางวัลเดวี (Davy Medal) จาก Royal Society ในปี ค.ศ.1882 สำหรับผลงานการสร้างสรรค์ตารางธาตุ นิวแลนด์สได้ต่อสู้เพื่อให้คนในวงการเห็นว่าผลงานของเขามีคุณค่า ในที่สุดเขาได้รับเหรียญรางวัลเดวีในปี ค.ศ.1887

เห็นได้ชัดว่า ก่อนที่เมนเดเลเยฟจะนำเสนอตารางธาตุของเขาออกมานั้น มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนปูทางเอาไว้ก่อนแล้ว แต่สิ่งสำคัญที่เมนเดเลเยฟเพิ่มเติมเข้าไปใหม่เป็นอย่างไรนั้น โปรดติดตามตอนหน้าครับ!

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022