Problém „nuly“v dielach Mendelejeva

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

… Čím viac som musel premýšľať o povahe chemických prvkov, tým viac som sa odkláňal od klasického poňatia primárnej hmoty a od nádeje na dosiahnutie želaného pochopenia podstaty prvkov štúdiom elektrických a svetelných javov, … a zakaždým naliehavejšie a jasnejšie som si uvedomil, že skôr toto alebo prvé je potrebné získať reálnejšiu predstavu o „hmotnosti“a „étere“ako teraz.

D. I. Mendelejev

V januári 1904 zverejnil Petrohradský leták č. 5 pri príležitosti 70. narodenín Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva rozhovor s ním. Na otázku, akým vedeckým výskumom sa v súčasnosti zaoberá, vedec odpovedal: "Sú zamerané výlučne na potvrdenie teórie, ktorú som predložil v minulom roku, alebo skôr na pokusy o chemické pochopenie svetového éteru."

Čo je to za teóriu, o ktorej vieme tak málo?

DI Mendelejev dokončil svoj článok "Pokus o chemické porozumenie svetovému éteru" v októbri 1902 a publikoval ho v januári 1903 v č. 1-4 "Bulletin and Library of Self-Education". V máji 1904 v liste známemu astronómovi Simonovi Newcombovi oznámil, že v blízkej budúcnosti napíše článok „o moderných predstavách o zložitosti chemických prvkov a o elektrónoch …“

Portrét D. I. Mendelejeva od I. N. Kramskoya. Píše sa rok 1878. Myšlienka „chemického“éteru, ktorý podľa DI Mendeleeva úzko súvisí s periodickou tabuľkou prvkov, vedec živil od 70. rokov 19. storočia.

O zložitosti chemických prvkov a o elektrónoch - to je pochopiteľné pre moderného čitateľa, ale svetový éter? Teraz už aj školáci vedia, že túto myšlienku veda opustila. Preto je pravdepodobne jedno z posledných diel Mendelejeva veľmi zriedkavo komentované, prakticky nikde spomenuté a vo všeobecnosti je ťažké ho nájsť. V mnohých vedeckých a vzdelávacích knižniciach vo viaczväzkovom diele DI Mendelejeva chýba 2. diel, ktorý obsahuje kapitolu Pokus o chemické pochopenie svetového éteru. Niekedy má človek dokonca dojem, že sa nejako hanblivo snažia vymazať toto „kuriózne“dielo z dedičstva vedca. Zdá sa, že mnohí si blahosklonne myslia, že veľký Mendelejev v starobe možno prekročil mieru svojich kompetencií.

Ale nerobme unáhlené závery. DI Mendelejev živil túto „trápnu“teóriu takmer celý svoj tvorivý život. Dva roky po objavení periodického systému (Mendelejev ešte nemal 40 rokov) na odtlačku „Základy chémie“jeho rukou, v blízkosti symbolu vodíka, bol urobený nápis, ktorý možno rozlúštiť takto: „ Éter je najľahší zo všetkých, miliónkrát. Mendelejevovi sa zdalo, že „éter“je najľahším chemickým prvkom.

„Od 70. rokov vo mne neustále utkvela otázka: čo je éter v chemickom zmysle? Je úzko spätý s periodickým systémom prvkov a bol som ním nadšený, ale až teraz sa odvážim o ňom hovoriť."

Takže chemický prvok éteru - prvok éteru - atomicita éteru - diskrétnosť éteru. Toto nie je ten éter, ktorý moderná fyzika odhodila ako nepotrebnú barličku. Otvorme si slovník:

„Éter (grécky Aither – hypotetické hmotné médium vypĺňajúce priestor)… V klasickej fyzike sa éter chápal ako homogénne, mechanické, elastické médium vypĺňajúce absolútny newtonovský priestor“(Filozofický slovník / Ed. M. M. Rosenthal. – M., 1975).

V klasickej definícii éteru sa kladie dôraz na homogenitu alebo kontinuitu. Éter, o ktorom hovorí Mendelejev, pozostáva z prvkov, je atómový, je nehomogénny, je nespojitý a diskrétny. Má štruktúru.

Záujem Dmitrija Ivanoviča o problém éteru v 70. rokoch 19. storočia úzko súvisí s periodickým systémom („toto ma vo mne vzrušovalo“) a následnou prácou na štúdiu plynov. „Spočiatku som tiež veril, že éter je súčet najviac riedkych plynov v limitnom stave. Experimenty som robil pri nízkych tlakoch - aby som dostal náznaky odpovede."

Tieto práce ho však neuspokojili: „…predstava svetového éteru ako konečného zriedenia pár a plynov neobstojí ani pri prvých záchvatoch premýšľavosti – vzhľadom na to, že éter si nemožno predstaviť inak ako ako látka, prenikajúca všetkým a všade; Toto nie je typické pre výpary a plyny “.

Podrobný vývoj „chemickej koncepcie svetového éteru“sa začal objavom inertných plynov. DI Mendelejev predpovedal veľa nových prvkov, ale inertné plyny boli neočakávané aj pre neho. Tento objav okamžite neprijal, nie bez vnútorného boja, a nesúhlasil s väčšinou chemikov o umiestnení inertných plynov v periodickom systéme. Kde by sa mali nachádzať? Moderní chemici bez váhania povedia: samozrejme, v skupine VIII. A Mendelejev kategoricky trval na existencii nulovej skupiny. Inertné plyny sú natoľko odlišné od ostatných prvkov, že mali miesto niekde na boku systému. Zdalo sa, aký rozdiel budú na pravom (VIII. skupina) alebo ľavom (nulová skupina) okraji. Zdá sa nám to úplne bezzásadové, najmä na tie časy, keď nepoznali elektrónovú štruktúru atómov, hoci si aj teraz len nahovárame, že vieme. Mendelejev uvažoval inak. Umiestnenie inertných plynov na pravú stranu znamená získanie celej série dutín medzi vodíkom a héliom. Bola to výzva hľadať nové prvky medzi vodíkom a héliom! Možno existuje halogén ľahší ako fluór (Mendelejev pripustil pravdepodobnosť existencie takého halogénu za predpokladu, že hélium je skutočne v skupine VIII) alebo iné ľahké prvky medzi vodíkom a héliom? Nie sú tam, takže miesto inertných plynov je vľavo, v nulovej skupine! Navyše, ich valencia je pravdepodobnejšie nula ako VIII. A kvantitatívny pomer atómových hmotností jednoznačne udáva polohu inertných plynov vľavo, na začiatku každého radu.

„Táto pozícia argónových analógov v nulovej skupine je striktne logickým dôsledkom pochopenia periodického zákona,“tvrdil DI Mendeleev.

Na návrh Williama Ramsaya Mendelejev zaradil nulovú skupinu do periodickej tabuľky, čím ponechal priestor pre prvky ľahšie ako vodík.

Je jasné, prečo Dmitrij Ivanovič trval na existencii nulovej skupiny; jeho zmienky o hypotetickom halogéne ľahšom ako fluór sú pochopiteľné; preto je jeho hľadanie prvku ľahšieho ako vodík dokonca pochopiteľné, o existencii ktorého dlho premýšľal: „Nikdy ma nenapadlo, že by množstvo prvkov malo začínať vodíkom.“"Pripraviť vodík o počiatočnú polohu, ktorú dlho zaujímal, a nechať ho čakať na prvky s ešte menšou ako má vodík, s hmotnosťou atómu, v ktorú som vždy veril" - to sú najvnútornejšie myšlienky vedca., ktoré skrýval, kým periodický zákon bol nakoniec nebude schválený. „Myslel som si, že skôr ako vodík možno očakávať prvky s atómovou hmotnosťou menšou ako 1, ale netrúfal som sa vyjadriť v tomto zmysle pre veštenie predpokladu a najmä preto, že som si vtedy dával pozor, aby som pokaziť dojem z navrhovaného nového systému, ak jeho vzhľad budú sprevádzať také predpoklady, ako o najľahších prvkoch ako vodík.“

Práve v systéme s nulovou skupinou, ktorý obhajoval a ktorý ako prvý navrhol belgický vedec Leo Herrera v roku 1900 na stretnutí Belgickej kráľovskej akadémie vied (Academie royale de Belgique), sa vodík nemusí zdať ako prvý, pretože sa pred ním nevyhnutne objaví voľný priestor pre ultraľahký prvok - možno je to "éterový prvok"?

„Teraz, keď už nebolo ani najmenších pochybností, že pred skupinou I, do ktorej by mal byť zaradený vodík, existuje nulová skupina, ktorej zástupcovia majú atómovú hmotnosť nižšiu ako atómové hmotnosti prvkov skupiny I, sa mi zdá nemožné. popierať existenciu prvkov ľahších ako vodík, “napísal Dmitrij Ivanovič.

Mendelejev sa v zákone, ktorý objavil, snaží z fyzikálneho hľadiska pochopiť podstatu hmoty ako hlavnej charakteristiky hmoty. Zisťovaním fyzikálnych základov gravitácie (o tom, koľko úsilia a času tomuto problému venoval, vieme tiež málo), úzko súvisiacich s konceptom svetového éteru ako „prenosového“média, hľadá najľahší prvok. Výsledky experimentov zo 70. rokov 19. storočia, ktoré sa scvrkli na dôkaz, že „éter je súčet najvzácnejších plynov“, však Mendelejeva neuspokojili. Na nejaký čas zastavil výskum v tomto smere, nikde nepísal, ale zrejme na ne nikdy nezabudol.

Na sklonku života sa pri hľadaní odpovedí na otázky týkajúce sa hlbokých vlastností hmoty opäť obracia k „svetovému éteru“, pomocou ktorého sa snaží preniknúť do povahy základného pojmu prírodnej vedy v r. 19. storočie (a dokonca aj 20., ba dokonca aj 21. storočie) - omše, ako aj podávať vysvetlenia nových objavov a predovšetkým rádioaktivity. Hlavná myšlienka Mendelejeva je nasledovná: „Skutočné pochopenie éteru nemožno dosiahnuť ignorovaním jeho chémie a nepovažovaním ho za elementárnu substanciu; elementárne substancie sú teraz nemysliteľné bez podriadenosti ich periodickej legitimite." Mendelejev, ktorý opisuje svetový éter, ho považuje za „po prvé, najľahší zo všetkých prvkov, čo sa týka hustoty aj atómovej hmotnosti, po druhé, najrýchlejšie sa pohybujúci plyn a po tretie, najmenej schopný tvoriť sa s akýmikoľvek inými atómami alebo časticami určitej sily. zlúčeniny a po štvrté, prvok, ktorý je všade rozšírený a všadeprítomný."

Hmotnosť atómu tohto hypotetického prvku X sa podľa Mendelejevových výpočtov môže pohybovať od 5,3 × 10^-11 až 9,6 × 10^-7 (ak je atómová hmotnosť H 1). Na odhad hmotnosti hypotetického prvku vychádza z poznatkov z oblasti mechaniky a astronómie. Prvok X dostal svoje miesto v periodickej tabuľke v nultej perióde nultej skupiny ako najľahší analóg inertných plynov. (Mendelejev nazýva tento prvok "Newtonium".) Okrem toho Dmitrij Ivanovič pripustil existenciu ďalšieho prvku ľahšieho ako vodík - prvku Y, korónia (pravdepodobne boli čiary korónia zaznamenané v spektre slnečnej koróny počas zatmenia Slnko v roku 1869; objav hélia na Zemi poskytol základ považovať existenciu tohto prvku za skutočnú). Mendelejev zároveň opakovane zdôrazňoval hypotetickú povahu prvkov X a Y a nezahrnul ich do tabuliek prvkov 7. a 8. vydania Základov chémie.

Vedecká náročnosť a zodpovednosť v Mendelejevových dielach nepotrebuje komentár. Ale ako vidíme, ak si to logika hľadania vyžadovala, odvážne predložil najneobvyklejšie hypotézy. Všetky predpovede, ktoré urobil na základe periodického zákona (existencia 12 v tom čase neznámych prvkov, ako aj korekcia atómových hmotností prvkov), sa brilantne potvrdili.

„Keď som aplikoval periodický zákon na analógy bóru, hliníka a kremíka, bol som o 33 rokov mladší, bol som si úplne istý, že skôr či neskôr to, čo sa predpokladalo, musí byť určite opodstatnené, pretože všetko bolo pre mňa jasne viditeľné. Ospravedlnenie prišlo skôr, ako som mohol dúfať. Vtedy som to neriskoval, teraz to riskujem. Chce to odhodlanie. Prišlo, keď som videl rádioaktívne javy… a keď som si uvedomil, že už nie je možné odkladať a že možno moje nedokonalé myšlienky privedú niekoho na správnu cestu, než je možná, čo sa mi zdá slabnúcemu zraku.

Je to teda prvá veľká chyba, možno až hlboká ilúzia veľkého vedca, ako sa dnes mnohí domnievajú, alebo len poľutovaniahodné nepochopenie génia zo strany jeho neschopných študentov?

Začiatkom 20. storočia v existenciu „éteru“veril nielen Mendelejev, ale aj mnohí fyzici a chemici. Po vytvorení špeciálnej a všeobecnej teórie relativity Albertom Einsteinom sa však táto viera začala vytrácať. Všeobecne sa uznáva, že v 30. rokoch 20. storočia už problém „éteru“neexistoval a otázka prvkov ľahších ako vodík zmizla sama od seba. Ale opäť problém klasického éteru, homogénneho éteru, zmizol, ale štruktúrny éter (Mendelejevov éter) je celkom živý, len sa teraz nazýva štruktúrne vákuum alebo fyzikálne vákuum Dirac. Otázka je teda len v terminológii.

Vráťme sa k prvkom ľahším ako vodík. Každý chemik pozná homologické série a ako sa správajú ich prví členovia, najmä tí prví. Prvý je vždy špeciálny. Vždy výrazne vyčnieva zo všeobecného radu. Vodík je umiestnený v oboch skupinách I a VII (je trochu podobný alkalickým kovom aj halogénom súčasne). Takže vodík nie je ako prvý… Pri hľadaní skutočných prvkov nultého obdobia sa ocitáme v úplne inom svete a zdá sa, že toto je svet elementárnych častíc.

Chápanie chémie ako vedy o kvalitatívnych zmenách sa podľa mnohých výskumníkov prejavuje najzreteľnejšie v periodickej tabuľke a na samom začiatku systému je jednoducho oslnivo jasná. „Najčastejšie jednoduché telesá v prírode majú nízku atómovú hmotnosť a všetky prvky s nízkou atómovou hmotnosťou sa vyznačujú ostrosťou vlastností. Ide teda o typické prvky“a keď sa blížime k „nulovému bodu“, mali by nastať fantastické“prudké „kvalitatívne skoky, čo vyplýva z jeho jedinečnosti, keďže“… tu nie je len okraj systému, ale aj typické prvky, a preto môžeme očakávať originalitu a osobitosti.“

Často hovoríme o základnej podstate periodického zákona, ale zdá sa, že tomu naozaj nerozumieme. Zopakujme Mendelejeva: „Podstata pojmov, ktoré spôsobujú periodický zákon, spočíva vo všeobecnom fyzikálno-chemickom princípe korešpondencie, transformovateľnosti a ekvivalencie prírodných síl.“

Záznam, ktorý urobil rukou DI Mendelejeva na stránke s periodickým systémom z roku 1871 v jeho učebnici „Základy chémie“v roku 1871, uloženej v archíve vedca: „Éter je najľahší zo všetkých, miliónkrát.“

Na záver by som rád citoval slová Dmitrija Ivanoviča:

„Pozerám sa na svoj ďaleko od úplnosti pokus pochopiť podstatu svetového éteru zo skutočne chemického hľadiska, nie viac ako vyjadrenie súčtu dojmov nahromadených vo mne, unikajúcich len z toho dôvodu, že nechcem. myšlienky inšpirované realitou zmiznú. Je pravdepodobné, že podobné myšlienky napadli mnohých, ale kým nie sú vyslovené, ľahko a často miznú a nerozvíjajú sa, neznamenajú postupné hromadenie istoty, ktorá jediná zostáva. Ak obsahujú aspoň časť prirodzenej pravdy, ktorú všetci hľadáme, môj pokus nie je márny, bude vypracovaný, doplnený a opravený a ak je moja myšlienka nesprávna v základoch, jej prezentácii, po jednom alebo iný druh vyvrátenia, zabráni ostatným v opakovaní. Nepoznám iný spôsob pomalého, ale rovnomerného pohybu vpred."

FYZICKÉ VÁKUUM - v modernom pohľade základný stav kvantovaných polí, akési médium s nulovým elektrickým nábojom, hybnosťou, momentom hybnosti a inými kvantovými číslami. Polia majú minimálnu energiu, ale podliehajú výkyvom s veľkou amplitúdou. Vznik kvantových predstáv viedol k vytvoreniu univerzálneho obrazu jedinej štruktúry hmoty. Namiesto polí a častíc klasickej fyziky teraz zvažujú jednotlivé fyzikálne objekty – kvantové polia v štvorrozmernom časopriestore, jedno pre každé „klasické“pole (elektrické, magnetické atď.) a pre každý typ častíc. Napríklad Diracovo vákuum je pole častíc so spinom ½ (elektróny, pozitróny, mióny, kvarky atď.). Každá jednotlivá interakcia častíc alebo polí je výsledkom výmeny kvánt týchto polí v určitom bode časopriestoru. Z niektorých hľadísk fyzikálne vákuum prejavuje vlastnosti hmotného prostredia, čo dáva dôvod považovať ho za „moderný éter“.

D. Mendelejev. Pokus o chemické pochopenie éteru. 1905.pdf Základy chémie. Časť prvá. 1949. Mendelejev D. I.djvu Základy chémie. Druhá časť. 1949. Mendelejev D. I.djvu Články na tému:

Život a vývoj D. I. Mendelejeva - neznáme fakty

Kto a prečo skryl éter z periodickej tabuľky? Jeden z názorov

Mendelejev: bojovník proti ropným oligarchom a zástanca teórie éteru