"Nulles" problēma Mendeļejeva darbos

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

… Jo vairāk man bija jādomā par ķīmisko elementu dabu, jo vairāk es novirzījos gan no klasiskā primārās matērijas jēdziena, gan no cerības sasniegt vēlamo izpratni par elementu būtību, pētot elektriskās un gaismas parādības, un katru reizi arvien steidzamāk un skaidrāk sapratu, ka agrāk tas vai vispirms ir jāiegūst reālāks priekšstats par "masu" un "ēteri" nekā tagad.

D. I. Mendeļejevs

1904. gada janvārī Pēterburgas bukletā Nr.5, par godu Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva 70. dzimšanas dienai, tika publicēta intervija ar viņu. Uz jautājumu, ar kādiem zinātniskiem pētījumiem viņš pašlaik nodarbojas, zinātnieks atbildēja: "Tie ir paredzēti tikai tam, lai apstiprinātu teoriju, ko es izvirzīju pagājušajā gadā, vai, pareizāk sakot, mēģinājumus par pasaules ētera ķīmisko izpratni."

Kas ir šī teorija, par kuru mēs tik maz zinām?

DI Mendeļejevs savu rakstu "Pasaules ētera ķīmiskās izpratnes mēģinājums" pabeidza 1902. gada oktobrī un publicēja to 1903. gada janvārī "Biļetena un pašizglītošanās bibliotēkas" Nr. 1-4. 1904. gada maijā vēstulē slavenajam astronomam Saimonam Ņūkombam viņš paziņoja, ka tuvākajā nākotnē gatavojas rakstīt rakstu "par mūsdienu idejām par ķīmisko elementu sarežģītību un elektroniem …"

I. N. Kramskoja D. I. Mendeļejeva portrets. Gads ir 1878. gads. "Ķīmiskā" ētera ideja, kas, pēc DI Mendeļejeva domām, ir cieši saistīta ar elementu periodisko tabulu, zinātnieks audzināja kopš 1870. gadiem.

Par ķīmisko elementu sarežģītību un par elektroniem - tas ir saprotams mūsdienu lasītājam, bet pasaules ēteris? Tagad pat skolēni zina, ka šo ideju zinātne ir atmetusi. Tāpēc, iespējams, viens no pēdējiem Mendeļejeva darbiem tiek komentēts ļoti reti, praktiski nekur nav minēts, un to vispār ir grūti atrast. Daudzās zinātniskajās un izglītības bibliotēkās DI Mendeļejeva daudzsējumu "Darbi" trūkst 2. sējuma, kurā ir nodaļa "Mēģinājums ķīmiski saprast pasaules ēteru". Dažkārt pat rodas iespaids, ka viņi kaut kā nekaunīgi cenšas izsvītrot šo "ziņkārīgo" darbu no zinātnieka mantojuma. Šķiet, daudzi piekāpīgi domā, ka dižais Mendeļejevs vecumdienās, iespējams, pārsniedzis savas kompetences līmeni.

Bet neizdarīsim pārsteidzīgus secinājumus. DI Mendeļejevs šo "apkaunojošo" teoriju audzināja gandrīz visu savu radošo mūžu. Divus gadus pēc periodiskās sistēmas atklāšanas (Mendeļejevs vēl nebija 40 gadus vecs) uz nospieduma no "Ķīmijas pamatiem" ar viņa roku, netālu no ūdeņraža simbola, tika izveidots uzraksts, ko var atšifrēt šādi: " Ēteris ir vieglākais no visiem miljoniem reižu." Acīmredzot "ēteris" Mendeļejevam šķita vieglākais ķīmiskais elements.

“Kopš 70. gadiem manī neatlaidīgi ir iestrēdzis jautājums: kas ir ēteris ķīmiskajā nozīmē? Tas ir cieši saistīts ar periodisko elementu sistēmu, un tas mani sajūsmināja, bet tikai tagad es uzdrošinos par to runāt.

Tātad, ētera ķīmiskais elements - ētera elements - ētera atomitāte - ētera diskrētums. Šis nav ēteris, ko mūsdienu fizika ir atmetusi kā nevajadzīgu kruķi. Atveram vārdnīcu:

"Ēteris (grieķu Aither - hipotētiska materiāla vides aizpildīšanas telpa) … Klasiskajā fizikā ēteris tika saprasts kā viendabīga, mehāniska, elastīga vide, kas aizpilda absolūto Ņūtona telpu" (Filozofiskā vārdnīca / Red. M. M. Rosenthal. - M., 1975).

Klasiskajā ētera definīcijā uzsvars tiek likts uz viendabīgumu vai nepārtrauktību. Ēteris, par kuru runā Mendeļejevs, sastāv no elementiem, tas ir atoms, tas ir neviendabīgs, tas ir pārtraukts un diskrēts. Tam ir struktūra.

Dmitrija Ivanoviča interese par ētera problēmu 1870. gados ir cieši saistīta ar periodisko sistēmu (“tas bija tas, kas mani sajūsmināja”) un tam sekojošo darbu pie gāzu izpētes. “Sākumā es arī uzskatīju, ka ēteris ir visvairāk retināto gāzu summa ierobežojošā stāvoklī. Eksperimentus veicu es zemā spiedienā - lai iegūtu mājienus par atbildi.

Taču šie darbi viņu neapmierināja: “…ideja par pasaules ēteri kā galīgo tvaiku un gāzu retumu neiztur pat pirmos pārdomas uzliesmojumus – tāpēc, ka ēteri nevar iedomāties citādi kā vien kā viela, kas iekļūst visā un visur; Tas nav raksturīgi tvaikiem un gāzēm.

Detalizēta "pasaules ētera ķīmiskās koncepcijas" izstrāde sākās ar inerto gāzu atklāšanu. DI Mendeļejevs paredzēja daudz jaunu elementu, taču inertās gāzes bija negaidītas pat viņam. Viņš nekavējoties nepieņēma šo atklājumu, ne bez iekšējas cīņas, un nepiekrita lielākajai daļai ķīmiķu par inerto gāzu atrašanās vietu periodiskajā sistēmā. Kur tiem jāatrodas? Mūsdienu ķīmiķi bez vilcināšanās teiks: protams, VIII grupā. Un Mendeļejevs kategoriski uzstāja uz nulles grupas pastāvēšanu. Inertās gāzes tik ļoti atšķiras no citiem elementiem, ka tām bija vieta kaut kur sistēmas malā. Likās, kāda starpība, labajā (VIII grupa) vai kreisajā (nulles grupa) malā tie būs. Mums tas šķiet pilnīgi bezprincipiāli, īpaši par tiem laikiem, kad viņi nezināja atomu elektronisko uzbūvi, lai gan arī tagad mēs tikai sevi maldinām, ka zinām. Mendeļejevs domāja savādāk. Inerto gāzu ievietošana labajā pusē nozīmē veselu virkni tukšumu starp ūdeņradi un hēliju. Tas bija izaicinājums meklēt jaunus elementus starp ūdeņradi un hēliju! Varbūt starp ūdeņradi un hēliju atrodas gaišāks halogēns (Mendeļejevs pieļāva tāda halogēna pastāvēšanas iespējamību, pieņemot, ka hēlijs tiešām ir VIII grupā) vai citi vieglie elementi? Tās nav, tāpēc inerto gāzu vieta ir pa kreisi, nulles grupā! Turklāt to valence, visticamāk, būs nulle nekā VIII. Un atomu svaru kvantitatīvā attiecība nepārprotami norāda inerto gāzu stāvokli kreisajā pusē, katras rindas sākumā.

"Šī argona analogu pozīcija nulles grupā ir stingri loģiskas sekas periodiskā likuma izpratnei," apgalvoja DI Mendeļejevs.

Pēc Viljama Remzija ierosinājuma Mendeļejevs periodiskajā tabulā iekļauj nulles grupu, atstājot vietu elementiem, kas ir vieglāki par ūdeņradi.

Kļūst skaidrs, kāpēc Dmitrijs Ivanovičs uzstāja uz nulles grupas pastāvēšanu, viņa pieminēšana par hipotētisku halogēnu, kas ir vieglāks par fluoru, ir saprotams; līdz ar to viņa meklējumi pēc elementa, kas ir vieglāks par ūdeņradi, ir pat saprotami, par kura eksistenci viņš bija ilgi domājis: "Man nekad neienāca prātā, ka vairākiem elementiem jāsākas ar ūdeņradi." "Atņemt ūdeņradim to sākotnējo stāvokli, ko tas jau sen ir ieņēmis, un likt tam gaidīt elementus ar vēl mazāku daudzumu nekā ūdeņradim, atoma svaru, kam es vienmēr esmu ticējis" - tās ir zinātnieka visdziļākās domas., kuru viņš slēpa līdz periodisko likumu beidzot netiks apstiprināts. “Man bija domas, ka agrāk par ūdeņradi varētu sagaidīt elementus, kuru atomsvars ir mazāks par 1, taču es neuzdrošinājos izteikties šādā nozīmē pieņēmuma zīlēšanas dēļ un jo īpaši tāpēc, ka tad uzmanījos sabojāt iespaidu par piedāvāto jauno sistēmu, ja tās izskatu pavadīs tādi pieņēmumi kā par vieglākajiem elementiem nekā ūdeņradis.

Tieši sistēmā ar nulles grupu, kuru viņš aizstāvēja un ko 1900. gadā Beļģijas Karaliskās Zinātņu akadēmijas (Academie royale de Belgique) sanāksmē pirmo reizi ierosināja beļģu zinātnieks Leo Herrera, ūdeņradis var nebūt pirmais, tā kā priekšā neizbēgami parādās brīva vieta ultravieglajam elementam - varbūt tas ir "ētera elements"?

“Tagad, kad sāka neradīt ne mazākās šaubas, ka pirms I grupas, kurā būtu jāievieto ūdeņradis, ir nulles grupa, kuras pārstāvjiem ir mazāks atomsvars nekā I grupas elementiem, man šķiet neiespējami. noliegt par ūdeņradi vieglāku elementu esamību,”rakstīja Dmitrijs Ivanovičs.

Viņa atklātajā likumā Mendeļejevs mēģina no fiziskā viedokļa izprast masas būtību kā matērijas galveno īpašību. Noskaidrojot gravitācijas fiziskos pamatus (par to, cik daudz pūļu un laika viņš veltīja šai problēmai, mēs arī maz zinām), kas ir cieši saistīti ar pasaules ētera kā "pārraidošā" vides jēdzienu, viņš meklē vieglāko elementu. Taču 1870. gadu eksperimentu rezultāti, kas beidzās līdz pierādījumam, ka "ēteris ir retāko gāzu summa", Mendeļejevu neapmierināja. Kādu laiku viņš pārtrauca pētījumus šajā virzienā, nekur nerakstīja, bet, acīmredzot, nekad par tiem neaizmirsa.

Mūža beigās, meklējot atbildes uz jautājumiem par matērijas dziļajām īpašībām, viņš atkal pievēršas "pasaules ēterim", ar kura palīdzību mēģina iekļūt dabaszinātņu pamatjēdziena būtībā. 19. gadsimts (un pat 20. un pat 21. gadsimts) - masu, kā arī sniegt skaidrojumus jaunatklājumiem un, galvenais, radioaktivitātei. Mendeļejeva galvenā doma ir šāda: “Īstu izpratni par ēteru nevar panākt, ignorējot tā ķīmiju un neuzskatot to par elementāru vielu; elementāras vielas tagad nav iedomājamas bez to periodiskas leģitimitātes pakārtošanas. Raksturojot pasaules ēteri, Mendeļejevs to uzskata par “pirmkārt, vieglāko no visiem elementiem gan pēc blīvuma, gan pēc atomsvara, otrkārt, visstraujāk kustīgo gāzi un, treškārt, vismazāk spējīgo veidoties kopā ar citiem atomiem vai daļiņām. savienojumi un, ceturtkārt, elements, kas ir visur plaši izplatīts un visaptverošs.

Šī hipotētiskā elementa X atoma svars, pēc Mendeļejeva aprēķiniem, var svārstīties no 5,3 × 10^-11 līdz 9,6 × 10^-7 (ja H atomu svars ir 1). Lai novērtētu hipotētiskā elementa masu, viņš izmanto zināšanas no mehānikas un astronomijas jomas. Elements X savu vietu periodiskajā tabulā ieguva nulles grupas nulles periodā kā vieglākais inerto gāzu analogs. (Mendeļejevs šo elementu sauc par "Ņūtoniju".) Turklāt Dmitrijs Ivanovičs atzina cita par ūdeņradi vieglāka elementa - elementa Y, koronija - eksistenci (domājams, ka koronija līnijas tika ierakstītas Saules vainaga spektrā gada aptumsuma laikā). Saule 1869. gadā; hēlija atklāšana uz Zemes deva pamatu uzskatīt šī elementa esamību par reālu). Tajā pašā laikā Mendeļejevs vairākkārt uzsvēra elementu X un Y hipotētisko raksturu un neiekļāva tos Ķīmijas pamatu 7. un 8. izdevuma elementu tabulās.

Zinātniskā prasība un atbildība Mendeļejeva darbos komentārus neprasa. Bet, kā redzam, ja meklēšanas loģika to prasīja, viņš drosmīgi izvirzīja visneparastākās hipotēzes. Visas viņa izteiktās prognozes, pamatojoties uz periodisko likumu (tolaik nezināmu 12 elementu esamība, kā arī elementu atommasu korekcija), tika izcili apstiprinātas.

“Kad piemēroju periodisko likumu bora, alumīnija un silīcija analogiem, es biju 33 gadus jaunāks, biju pilnīgi pārliecināts, ka agrāk vai vēlāk paredzētajam noteikti jāpamatojas, jo man viss bija skaidri redzams. Attaisnojums nāca ātrāk, nekā varēju cerēt. Toreiz es neriskēju, tagad riskēju. Tas prasa apņēmību. Tas notika, kad es redzēju radioaktīvas parādības… un kad es sapratu, ka man vairs nav iespējams atlikt un, iespējams, manas nepilnīgās domas kādu novestu uz pareizāku ceļu, nekā tas ir iespējams, kas šķiet manai vājajai redzei.

Tātad, vai šī ir pirmā lielā kļūda, varbūt pat liela zinātnieka dziļa maldība, kā daudzi tagad uzskata, vai tikai viņa nespējīgo studentu nožēlojams pārpratums par ģēniju?

20. gadsimta sākumā "ētera" esamībai ticēja ne tikai Mendeļejevs, bet arī daudzi fiziķi un ķīmiķi. Tomēr pēc Alberta Einšteina īpašās un vispārējās relativitātes teorijas izveidošanas šī pārliecība sāka izgaist. Ir vispāratzīts, ka līdz 20. gadsimta 30. gadiem "ētera" problēma vairs nepastāvēja, un jautājums par elementiem, kas ir vieglāki par ūdeņradi, pazuda pats par sevi. Bet, atkal, klasiskā ētera, viendabīgā ētera problēma ir pazudusi, bet strukturālais ēteris (Mendeļejeva ēteris) ir diezgan dzīvs, tikai to tagad sauc par strukturālo vakuumu vai Diraka fizisko vakuumu. Tātad jautājums ir tikai terminoloģijā.

Atgriezīsimies pie elementiem, kas ir vieglāki par ūdeņradi. Jebkurš ķīmiķis zina homologās sērijas un to, kā uzvedas to pirmie locekļi, īpaši pirmais. Pirmais vienmēr ir īpašs. Viņš vienmēr spēcīgi izceļas no vispārējās rindas. Ūdeņradis ir ievietots gan I, gan VII grupā (tas ir nedaudz līdzīgs gan sārmu metāliem, gan halogēniem vienlaikus). Tātad, ūdeņradis nav kā pirmais… Meklējot īstos nulles perioda elementus, mēs nonākam pavisam citā pasaulē, un šķiet, ka šī ir elementārdaļiņu pasaule.

Izpratne par ķīmiju kā zinātni par kvalitatīvām izmaiņām, pēc daudzu pētnieku domām, visspilgtāk izpaužas periodiskajā tabulā, un pašā sistēmas sākumā tā ir vienkārši žilbinoši spilgta. “Dabā visizplatītākajiem vienkāršajiem ķermeņiem ir mazs atomsvars, un visiem elementiem ar mazu atommasu raksturīgs īpašību asums. Tāpēc tie ir tipiski elementi ", un, tuvojoties "nulles punktam", vajadzētu notikt fantastiskiem" asiem "kvalitatīviem lēcieniem, kas izriet no tā vienreizējās būtības, jo" … šeit ir ne tikai sistēmas mala, bet arī tipiski elementi, un tāpēc varam sagaidīt oriģinalitāti un īpatnības."

Mēs bieži runājam par periodiskā likuma fundamentālo būtību, bet šķiet, ka mēs to īsti nesaprotam. Atkārtosim Mendeļejevu: "Periodisko likumu izraisošo jēdzienu būtība slēpjas vispārējā fizikāli ķīmiskajā dabas spēku atbilstības, transformējamības un līdzvērtības principā."

DI Mendeļejeva rokas izdarītais ieraksts lapā ar 1871. gada periodisko sistēmu viņa mācību grāmatā "Ķīmijas pamati" 1871. gadā, kas glabājas zinātnieka arhīvā: "Ēteris ir vieglākais no visiem, miljons reižu."

Nobeigumā es vēlos citēt Dmitrija Ivanoviča vārdus:

“Es skatos uz savu tālu no pilnības mēģinājumu izprast pasaules ētera dabu no patiesi ķīmiskā viedokļa, ne vairāk kā uz manī uzkrāto iespaidu summas izpausmi, kas izbēg tikai tāpēc, ka es nevēlos. realitātes iedvesmotās domas pazūd. Visticamāk, līdzīgas domas ir bijušas daudziem, bet, kamēr tās nav izteiktas, tās viegli un bieži pazūd un neattīstās, neizraisa pakāpenisku noteiktības uzkrāšanos, kas viena pati paliek. Ja tajos ir kaut daļa no dabiskās patiesības, ko mēs visi meklējam, mans mēģinājums nav veltīgs, tas tiks izstrādāts, papildināts un izlabots, un, ja mana doma būs nepareiza savos pamatos, tās izklāstā, pēc viena vai cita veida atspēkojums, neļaus citiem atkārtot. Es nezinu citu veidu, kā lēni, bet vienmērīgi virzīties uz priekšu.

FIZISKAIS VAKUUMS - mūsdienu skatījumā kvantizēto lauku pamatstāvoklis, sava veida vide ar nulles elektrisko lādiņu, impulsu, leņķisko impulsu un citiem kvantu skaitļiem. Laukiem ir minimāla enerģija, bet tie ir pakļauti svārstībām ar lielu amplitūdu. Kvantu ideju rašanās lika radīt universālu priekšstatu par vienotu matērijas struktūru. Klasiskās fizikas lauku un daļiņu vietā viņi tagad uzskata atsevišķus fiziskus objektus - kvantu laukus četrdimensiju laiktelpā, pa vienam katram "klasiskajam" laukam (elektriskajam, magnētiskajam utt.) un katram daļiņu veidam. Piemēram, Diraka vakuums ir daļiņu lauks ar spinu ½ (elektroni, pozitroni, mioni, kvarki utt.). Katra daļiņu vai lauku mijiedarbība ir šo lauku kvantu apmaiņas rezultāts laika telpas punktā. No dažiem viedokļiem fiziskais vakuums izpaužas materiālās vides īpašībās, dodot pamatu uzskatīt to par "mūsdienu ēteri".

D. Mendeļejevs. Mēģinājums ķīmiski izprast ēteri. 1905.pdf Ķīmijas pamati. Pirmā daļa. 1949. Mendeļejevs D. I.djvu Ķīmijas pamati. Otrā daļa. 1949. Mendeļejevs D. I.djvu Raksti par tēmu:

D. I. Mendeļejeva dzīve un attīstība - nezināmi fakti

Kas un kāpēc slēpa ēteri no periodiskās tabulas? Viens no viedokļiem

Mendeļejevs: cīnītājs pret naftas oligarhiem un ētera teorijas piekritējs