„Nulio“problema Mendelejevo darbuose

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

… Kuo daugiau man teko galvoti apie cheminių elementų prigimtį, tuo labiau nukrypau ir nuo klasikinės pirminės materijos sampratos, ir nuo vilties pasiekti norimą elementų prigimties suvokimą tiriant elektros ir šviesos reiškinius, ir kiekvieną kartą vis skubiau ir aiškiau supratau, kad anksčiau tai ar pirmiausia reikia realiau suvokti „masę“ir „eterį“nei dabar.

D. I. Mendelejevas

1904 m. sausio mėn. Peterburgo lapelyje Nr. 5 Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo 70-mečio proga buvo paskelbtas interviu su juo. Paklaustas, kokiais moksliniais tyrimais šiuo metu užsiima, mokslininkas atsakė: „Jų tikslas išskirtinai patvirtinti teoriją, kurią iškėliau per pastaruosius metus, arba, tiksliau, bandymus cheminiu pasaulio eterio supratimu“.

Kas yra ši teorija, apie kurią mes taip mažai žinome?

DI Mendelejevas baigė savo straipsnį „Pasaulio eterio cheminio supratimo bandymas“1902 m. spalį, o 1903 m. sausį paskelbė „Biuletenio ir saviugdos bibliotekos“Nr. 1–4. 1904 m. gegužės mėn. laiške garsiajam astronomui Simonui Newcombui jis paskelbė, kad artimiausiu metu ketina parašyti straipsnį „apie šiuolaikines idėjas apie cheminių elementų sudėtingumą ir elektronus …“

I. N. Kramskojaus D. I. Mendelejevo portretas. 1878 metai. „Cheminio“eterio idėją, kuri, anot DI Mendelejevo, glaudžiai susijusi su periodine elementų lentele, mokslininkas puoselėjo nuo 1870 m.

Apie cheminių elementų sudėtingumą ir apie elektronus - tai suprantama šiuolaikiniam skaitytojui, bet pasaulio eteris? Dabar net moksleiviai žino, kad šios minties mokslas atsisakė. Todėl, ko gero, vienas paskutiniųjų Mendelejevo kūrinių labai retai komentuojamas, praktiškai niekur neminimas ir apskritai sunku jį rasti. Daugelyje mokslinių ir mokomųjų bibliotekų DI Mendelejevo daugiatomėje „Kūrinių“trūksta 2 tomo, kuriame yra skyrius „Bandymas cheminiu būdu suprasti pasaulio eterį“. Kartais net susidaro įspūdis, kad jie kažkaip įžūliai bando išbraukti šį „smalsų“darbą iš mokslininko paveldo. Panašu, kad daugelis nuolaidžiai galvoja, kad didysis Mendelejevas senatvėje galėjo viršyti savo kompetencijos lygį.

Tačiau nedarykime skubotų išvadų. DI Mendelejevas šią „gėdingą“teoriją puoselėjo beveik visą savo kūrybinį gyvenimą. Praėjus dvejiems metams po periodinės sistemos atradimo (Mendelejevui dar nebuvo 40 metų) ant jo rankos atspaudo iš „Chemijos pagrindų“, šalia vandenilio simbolio, buvo padarytas užrašas, kurį galima iššifruoti taip: Eteris yra lengviausias iš visų, milijonus kartų. Matyt, „eteris“Mendelejevui atrodė lengviausias cheminis elementas.

„Nuo aštuntojo dešimtmečio man nuolat įstrigo klausimas: kas yra eteris chemine prasme? Tai glaudžiai susijusi su periodine elementų sistema ir mane tai sujaudino, bet tik dabar išdrįstu apie tai kalbėti.

Taigi, cheminis eterio elementas - eterio elementas - eterio atomiškumas - eterio diskretiškumas. Tai nėra tas eteris, kurį šiuolaikinė fizika atmetė kaip nereikalingą ramentą. Atsiverkime žodyną:

„Eteris (gr. Aither – hipotetinė medžiaga, užpildanti erdvę)… Klasikinėje fizikoje eteris buvo suprantamas kaip vienalytė, mechaninė, elastinga terpė, užpildanti absoliučią Niutono erdvę“(Filosofinis žodynas / Red. M. M. Rosenthal. – M., 1975 m.).

Klasikiniame eterio apibrėžime akcentuojamas homogeniškumas arba tęstinumas. Eteris, apie kurį kalba Mendelejevas, susideda iš elementų, jis yra atominis, nehomogeniškas, nenutrūkstamas ir diskretiškas. Jis turi struktūrą.

Dmitrijaus Ivanovičiaus susidomėjimas eterio problema 1870-aisiais yra glaudžiai susijęs su periodine sistema („tai mane sujaudino“) ir vėlesniu dujų tyrimo darbu. „Iš pradžių taip pat maniau, kad eteris yra labiausiai išretėjusių dujų suma ribinėje būsenoje. Eksperimentus aš atlikau esant žemam slėgiui, kad gaučiau užuominų apie atsakymą.

Tačiau šie darbai jo netenkino: „… idėja apie pasaulinį eterį, kaip didžiausią garų ir dujų retumą, neatlaiko net pirmųjų susimąstymo priepuolių – dėl to, kad eteris neįsivaizduojamas kitaip nei kaip substancija, prasiskverbianti į viską ir visur; Tai nebūdinga garams ir dujoms “.

Detalus „cheminės pasaulio eterio koncepcijos“kūrimas prasidėjo atradus inertinių dujų. DI Mendelejevas numatė daug naujų elementų, tačiau inertinės dujos buvo netikėtos net jam pačiam. Jis ne iš karto priėmė šį atradimą, ne be vidinės kovos, ir nesutiko su dauguma chemikų dėl inertinių dujų buvimo periodinėje sistemoje. Kur jie turėtų būti? Šiuolaikiniai chemikai nedvejodami pasakys: žinoma, VIII grupėje. O Mendelejevas kategoriškai reikalavo nulinės grupės egzistavimo. Inertinės dujos taip skiriasi nuo kitų elementų, kad jos turėjo vietą kažkur sistemos šone. Atrodė, koks skirtumas, dešiniajame (VIII grupė) ar kairiajame (nulinės grupės) krašte jie bus. Mums tai atrodo visiškai neprincipinga, ypač tais laikais, kai jie nežinojo elektroninės atomų sandaros, nors ir dabar mes tik save apgaudinėjame, kad žinome. Mendelejevas manė kitaip. Inertinių dujų išdėstymas dešinėje reiškia, kad tarp vandenilio ir helio susidaro visa eilė tuštumų. Tai buvo iššūkis ieškoti naujų elementų tarp vandenilio ir helio! Galbūt tarp vandenilio ir helio yra lengvesnis halogenas (Mendelejevas pripažino tokio halogeno egzistavimo tikimybę, darant prielaidą, kad helis tikrai yra VIII grupėje) ar kiti lengvieji elementai? Jų nėra, todėl inertinių dujų vieta yra kairėje, nulinėje grupėje! Be to, jų valentingumas greičiausiai bus lygus nuliui nei VIII. O kiekybinis atominių svorių santykis vienareikšmiškai nurodo inertinių dujų padėtį kairėje, kiekvienos eilutės pradžioje.

„Ši argono analogų padėtis nulinėje grupėje yra griežtai logiška periodinio dėsnio supratimo pasekmė“, – tvirtino DI Mendelejevas.

Williamo Ramsay siūlymu Mendelejevas įtraukė nulinę grupę į periodinę lentelę, palikdamas vietos lengvesniems už vandenilį elementams.

Tampa aišku, kodėl Dmitrijus Ivanovičius reikalavo nulinės grupės egzistavimo, jo paminėjimai apie hipotetinį halogeną, lengvesnį už fluorą, yra suprantami; vadinasi, netgi suprantama jo paieška lengvesnio už vandenilį elemento, apie kurio egzistavimą jis ilgai galvojo: „Man niekada neatėjo į galvą, kad nemažai elementų turėtų prasidėti vandeniliu“. „Atimti vandenilį iš pradinės padėties, kurią jis jau seniai užėmė, ir priversti jį laukti elementų, kurių svoris dar mažesnis nei vandenilis, atomo svoris, kuriuo aš visada tikėjau“– tai slapčiausios mokslininko mintys., kurį jis slėpė, kol pagaliau buvo periodinis įstatymas, nebus patvirtintas. „Turėjau minčių, kad anksčiau už vandenilį galima tikėtis elementų, kurių atominis svoris mažesnis nei 1, tačiau šia prasme išreikšti savęs nedrįsau dėl spėlionės prielaidos ir ypač dėl to, kad tada buvau atsargus, sugadins siūlomos naujos sistemos įspūdį, jei jos atsiradimą lydės tokios prielaidos, kaip apie lengviausius elementus nei vandenilis.

Būtent sistemoje su nuline grupe, kurią jis gynė ir kurią pirmą kartą pasiūlė belgų mokslininkas Leo Herrera 1900 m. Belgijos karališkosios mokslų akademijos (Academie royale de Belgique) posėdyje, vandenilis gali pasirodyti ne pirmasis, nes priešais neišvengiamai atsiranda laisvos vietos ultralengvam elementui - gal tai "eterio elementas"?

„Dabar, kai nebeliko nė menkiausios abejonės, kad prieš I grupę, kurioje turėtų būti vandenilis, yra nulinė grupė, kurios atstovų atominis svoris mažesnis nei I grupės elementų, man atrodo neįmanoma. paneigti lengvesnių už vandenilį elementų egzistavimą “, - rašė Dmitrijus Ivanovičius.

Savo atrastame įstatyme Mendelejevas fiziniu požiūriu bando suprasti masės prigimtį kaip pagrindinę materijos savybę. Išsiaiškinęs fizinius gravitacijos pagrindus (apie kiek pastangų ir laiko skyrė šiai problemai, taip pat mažai žinome), glaudžiai susijusius su pasaulio eterio, kaip „perduodančios“terpės, samprata, jis ieško lengviausio elemento. Tačiau 1870-ųjų eksperimentų, kurių metu buvo įrodyta, kad „eteris yra rečiausių dujų suma“, rezultatai Mendelejevo netenkino. Kurį laiką jis sustabdė šios krypties tyrimus, niekur nerašė, bet, matyt, niekada jų nepamiršo.

Gyvenimo pabaigoje, ieškodamas atsakymų į klausimus, susijusius su giliosiomis materijos savybėmis, jis vėl kreipiasi į „pasaulio eterį“, kurio pagalba bando įsiskverbti į pagrindinės gamtos mokslo sampratos prigimtį. XIX amžiuje (ir net XX, ir net 21 amžiuje) – mases, taip pat paaiškinti naujus atradimus ir, svarbiausia, radioaktyvumą. Pagrindinė Mendelejevo mintis yra tokia: „Tikrasis eterio supratimas negali būti pasiektas ignoruojant jo chemiją ir nelaikant jo elementaria medžiaga; elementarios medžiagos dabar neįsivaizduojamos be jų periodinio teisėtumo pavaldumo“. Apibūdindamas pasaulio eterį, Mendelejevas mano, kad jis yra „pirma, lengviausias iš visų elementų, tiek tankiu, tiek atominiu svoriu, antra, greičiausiai judančiomis dujomis ir, trečia, mažiausiai galinčiu susidaryti su kitais atomais ar tam tikrų stiprių dalelių. junginiai ir, ketvirta, elementas, kuris yra visur paplitęs ir persmelkęs visus.

Šio hipotetinio elemento X atomo masė, remiantis Mendelejevo skaičiavimais, gali svyruoti nuo 5,3 × 10^-11 iki 9,6 × 10^-7 (jei H atominė masė yra 1). Norėdamas įvertinti hipotetinio elemento masę, jis remiasi mechanikos ir astronomijos žiniomis. Elementas X užėmė vietą periodinėje lentelėje nulinės grupės nuliniame periode, kaip lengviausias inertinių dujų analogas. (Mendelejevas šį elementą vadina „niutoniu“.) Be to, Dmitrijus Ivanovičius pripažino, kad egzistuoja dar vienas už vandenilį lengvesnis elementas – elementas Y, koronis (manoma, kad koronijos linijos buvo užfiksuotos Saulės vainiko spektre užtemimo metu. Saulė 1869 m.; helio atradimas Žemėje suteikė pagrindą laikyti šio elemento egzistavimą tikru). Tuo pačiu metu Mendelejevas ne kartą pabrėžė hipotetinį elementų X ir Y pobūdį ir neįtraukė jų į 7-ojo ir 8-ojo Chemijos pagrindų leidimų elementų lenteles.

Mokslinis reiklumas ir atsakingumas Mendelejevo darbuose komentarų nereikia. Bet, kaip matome, jei to reikalavo paieškos logika, jis drąsiai iškėlė neįprastiausias hipotezes. Visos jo prognozės, padarytos remiantis periodiniu įstatymu (tuo metu nežinomų 12 elementų egzistavimas, taip pat elementų atominių masių korekcija), puikiai pasitvirtino.

„Kai taikiau periodinį dėsnį boro, aliuminio ir silicio analogams, buvau 33 metais jaunesnė, buvau visiškai įsitikinusi, kad anksčiau ar vėliau tai, kas buvo numatyta, tikrai turi pasiteisinti, nes man viskas buvo aiškiai matoma. Pasiteisinimas atsirado greičiau, nei galėjau tikėtis. Tada nerizikavau, dabar rizikuoju. Reikia ryžto. Tai įvyko tada, kai pamačiau radioaktyvius reiškinius… ir kai supratau, kad man nebeįmanoma atidėlioti ir galbūt mano netobulos mintys ką nors nuves teisingesniu keliu nei įmanoma, kas atrodo silpstančiam mano regėjimui.

Taigi, ar tai pirma didelė klaida, gal net gilus didžio mokslininko kliedesys, kaip dabar daugelis tiki, ar tiesiog apgailėtinas nepajėgių mokinių genialumo supratimas?

XX amžiaus pradžioje „eterio“egzistavimu tikėjo ne tik Mendelejevas, bet ir daugelis fizikų bei chemikų. Tačiau Albertui Einšteinui sukūrus specialiąją ir bendrąją reliatyvumo teoriją, šis įsitikinimas pradėjo blėsti. Visuotinai pripažįstama, kad XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje „eterio“problema nebeegzistavo, o lengvesnių už vandenilį elementų klausimas išnyko savaime. Bet vėlgi, klasikinio eterio, homogeninio eterio problema išnyko, bet struktūrinis eteris (Mendelejevo eteris) yra gana gyvas, tik dabar jis vadinamas struktūriniu vakuumu arba fiziniu Dirako vakuumu. Taigi klausimas tik terminologijoje.

Grįžkime prie lengvesnių už vandenilį elementų. Bet kuris chemikas žino homologines serijas ir kaip elgiasi jų pirmieji nariai, ypač pirmasis. Pirmasis visada yra ypatingas. Jis visada stipriai išsiskiria iš bendros eilės. Vandenilis yra tiek I, tiek VII grupėse (jis šiek tiek panašus ir į šarminius metalus, ir į halogenus vienu metu). Taigi, vandenilis ne toks kaip pirmasis… Ieškodami tikrų nulinio periodo elementų, atsiduriame visai kitame pasaulyje, ir atrodo, kad tai elementariųjų dalelių pasaulis.

Chemijos, kaip kokybinių pokyčių mokslo, supratimas, daugelio tyrinėtojų nuomone, ryškiausiai pasireiškia periodinėje lentelėje, o pačioje sistemos pradžioje ji tiesiog akinančiai ryški. „Gamtoje dažniausiai pasitaikantys paprasti kūnai turi mažą atominę masę, o visi mažo atominio svorio elementai pasižymi savybių aštrumu. Todėl jie yra tipiški elementai“, o artėjant prie „nulinio taško“, turėtų įvykti fantastiški“staigūs „kokybiniai šuoliai, kurie išplaukia iš jo išskirtinumo, nes“… čia ne tik sistemos kraštas, bet taip pat būdingi elementai, todėl galime tikėtis originalumo ir ypatumų.

Mes dažnai kalbame apie esminį periodinio įstatymo pobūdį, bet atrodo, kad mes to nelabai suprantame. Pakartokime Mendelejevą: „Periodinį dėsnį sukeliančių sąvokų esmė slypi bendrame fizikiniame ir cheminiame gamtos jėgų atitikimo, transformuojamumo ir lygiavertiškumo principe“.

DI Mendelejevo ranka padarytas įrašas jo vadovėlio „Chemijos pagrindai“1871 m. puslapyje su periodine sistema 1871 m., saugomas mokslininko archyve: „Eteris yra lengviausias iš visų, milijoną kartų“.

Baigdamas norėčiau pacituoti Dmitrijaus Ivanovičiaus žodžius:

„Į savo toli gražu nebaigtą bandymą suvokti pasaulio eterio prigimtį žvelgiu iš tikro cheminio požiūrio taško, o ne daugiau kaip manyje susikaupusių įspūdžių sumos išraiška, pabėgusia vien dėl to, kad nenoriu. dingsta tikrovės įkvėptos mintys. Tikėtina, kad panašių minčių daug kam kilo, tačiau kol jos neišsakytos, jos lengvai ir dažnai išnyksta ir nesivysto, nesukelia laipsniško tikrumo kaupimosi, kuris vienintelis išlieka. Jei juose yra bent dalis natūralios tiesos, kurios mes visi ieškome, mano pastangos nėra bergždžios, ji bus ištirta, papildyta ir pataisyta, o jei mano mintis neteisinga savo pagrindais, pateikimu, po vieno ar kitokio pobūdžio paneigimas, neleis kitiems kartoti. Aš nežinau kito būdo lėtai, bet stabiliai judėti pirmyn.

FIZINIS VAKUUMAS - šiuolaikiniu požiūriu, pagrindinė kvantuotų laukų būsena, tam tikra terpė su nuliniu elektros krūviu, impulsu, kampiniu momentu ir kitais kvantiniais skaičiais. Laukai turi minimalią energiją, tačiau jie yra veikiami didelės amplitudės svyravimų. Kvantinių idėjų atsiradimas paskatino sukurti universalų vienos materijos struktūros vaizdą. Vietoj klasikinės fizikos laukų ir dalelių jie dabar laiko pavienius fizinius objektus – kvantinius laukus keturmatėje erdvėlaikyje, po vieną kiekvienam „klasikiniam“laukui (elektriniam, magnetiniam ir kt.) ir kiekvienam dalelių tipui. Pavyzdžiui, Dirako vakuumas yra dalelių laukas, kurio sukinys yra ½ (elektronai, pozitronai, miuonai, kvarkai ir kt.). Kiekviena atskira dalelių ar laukų sąveika yra šių laukų kvantų pasikeitimo erdvėlaikio taške rezultatas. Kai kuriais požiūriais fizinis vakuumas išreiškia materialiosios aplinkos savybes, suteikdamas pagrindo jį laikyti „šiuolaikiniu eteriu“.

D. Mendelejevas. Bandymas cheminiu būdu suprasti eterį. 1905.pdf Chemijos pagrindai. Pirma dalis. 1949. Mendelejevas D. I.djvu Chemijos pagrindai. Antra dalis. 1949. Mendelejevas D. I.djvu Straipsniai tema:

D. I. Mendelejevo gyvenimas ir raida - nežinomi faktai

Kas ir kodėl paslėpė eterį nuo periodinės lentelės? Viena iš nuomonių

Mendelejevas: kovotojas su naftos oligarchais ir eterio teorijos šalininkas