Problema „zerului” în lucrările lui Mendeleev

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

… Cu cât trebuia să mă gândesc mai mult la natura elementelor chimice, cu atât m-am abătut atât de la conceptul clasic de materie primară, cât și de la speranța de a obține înțelegerea dorită a naturii elementelor prin studierea fenomenelor electrice și luminoase, și de fiecare dată mai urgent și mai clar mi-am dat seama că mai devreme sau mai întâi este necesar să ne facem o idee mai reală despre „masă” și despre „eter” decât acum.

D. I. Mendeleev

În ianuarie 1904, Pliantul nr. 5 din Petersburg, cu ocazia împlinirii a 70 de ani a lui Dmitri Ivanovici Mendeleev, a publicat un interviu cu acesta. Întrebat în ce fel de cercetare științifică se angajează în prezent, omul de știință a răspuns: „Au scopul exclusiv de a confirma teoria pe care am prezentat-o în ultimul an, sau, mai degrabă, încercări, de înțelegere chimică a eterului mondial”.

Ce este această teorie despre care știm atât de puțin?

DI Mendeleev și-a terminat articolul „O încercare de înțelegere chimică a eterului mondial” în octombrie 1902 și l-a publicat în ianuarie 1903 în nr. 1-4 din „Buletinul și Biblioteca de autoeducație”. În mai 1904, într-o scrisoare către celebrul astronom Simon Newcomb, acesta a anunțat că în viitorul apropiat va scrie un articol „despre ideile moderne despre complexitatea elementelor chimice și despre electroni…”

Portretul lui D. I. Mendeleev de I. N. Kramskoy. Anul este 1878. Ideea de eter „chimic”, care, potrivit lui DI Mendeleev, este strâns legată de tabelul periodic al elementelor, pe care omul de știință a cultivat-o încă din anii 1870.

Despre complexitatea elementelor chimice și despre electroni - acest lucru este de înțeles pentru cititorul modern, dar eterul lumii? Acum chiar și școlarii știu că această idee a fost abandonată de știință. Prin urmare, probabil, una dintre ultimele lucrări ale lui Mendeleev este foarte rar comentată, practic nu este menționată nicăieri și, în general, este greu de găsit. În multe biblioteci științifice și educaționale din „Opere” în mai multe volume ale lui DI Mendeleev lipsește volumul 2, care conține capitolul „Încercare de înțelegere chimică a eterului lumii”. Uneori, cineva chiar are impresia că încearcă cumva cu timiditate să ștergă această lucrare „curioasă” din moștenirea omului de știință. Se pare că mulți cred condescendent că marele Mendeleev, la bătrânețe, poate să fi depășit nivelul competenței sale.

Dar să nu tragem la concluzii. DI Mendeleev a cultivat această teorie „penibilă” aproape toată viața sa creativă. La doi ani după descoperirea sistemului periodic (Mendeleev nu avea încă 40 de ani) pe o amprentă din „Fundamentals of Chemistry” de mâna sa, lângă simbolul hidrogenului, a fost făcută o inscripție, care poate fi descifrată astfel: „ Eterul este cel mai ușor dintre toate, de milioane de ori.” Se pare că „eterul” i s-a părut lui Mendeleev a fi cel mai ușor element chimic.

„Începând cu anii 70, întrebarea a rămas constant în mine: ce este eterul în sens chimic? Este strâns legat de sistemul periodic al elementelor și a fost entuziasmat de el în mine, dar abia acum îndrăznesc să vorbesc despre asta.”

Deci, elementul chimic al eterului - elementul eterului - atomicitatea eterului - discretitatea eterului. Acesta nu este eterul pe care fizica modernă l-a aruncat ca o cârjă inutilă. Să deschidem dicționarul:

„Eterul (grec Aither - un mediu material ipotetic umple spațiu)… În fizica clasică, eterul a fost înțeles ca un mediu omogen, mecanic, elastic, care umple spațiul newtonian absolut” (Dicționar filosofic / Ed. M. M. Rosenthal. - M., 1975)).

În definiția clasică a eterului, accentul este pus pe omogenitate sau continuitate. Eterul, despre care vorbește Mendeleev, este format din elemente, este atomic, este neomogen, este discontinuu și discret. Are o structură.

Interesul lui Dmitri Ivanovici față de problema eterului în anii 1870 este strâns legat de sistemul periodic („acesta a fost ceea ce m-a entuziasmat în mine”) și lucrările ulterioare privind studiul gazelor. „La început am crezut și că eterul este suma celor mai rarefiate gaze în stare limită. Experimentele au fost efectuate de mine la presiuni scăzute - pentru a obține indicii de răspuns.”

Dar aceste lucrări nu l-au mulțumit: „… ideea eterului lumii ca rarefacție supremă a vaporilor și gazelor nu rezistă nici măcar la primele crize de gândire - datorită faptului că eterul nu poate fi imaginat altfel decât ca substanță, pătrunzând totul și pretutindeni; Acest lucru nu este tipic pentru vapori și gaze”.

Dezvoltarea detaliată a „conceptului chimic al eterului mondial” a început odată cu descoperirea gazelor inerte. DI Mendeleev a prezis multe elemente noi, dar gazele inerte au fost neașteptate chiar și pentru el. El nu a acceptat imediat această descoperire, nu fără o luptă internă, și nu a fost de acord cu majoritatea chimiștilor cu privire la localizarea gazelor inerte în sistemul periodic. Unde ar trebui să fie amplasate? Chimiștii moderni, fără ezitare, vor spune: desigur, în grupa a VIII-a. Și Mendeleev a insistat categoric asupra existenței grupului zero. Gazele inerte sunt atât de diferite de alte elemente încât aveau un loc undeva pe partea laterală a sistemului. Părea, ce diferență, pe marginea din dreapta (grupul VIII) sau din stânga (grupul zero) vor fi. Ni se pare complet lipsit de principii, mai ales pentru acele vremuri în care nu cunoșteau structura electronică a atomilor, deși și acum doar ne amăgim că știm. Mendeleev a gândit altfel. A pune gaze inerte la dreapta înseamnă a obține o serie întreagă de goluri între hidrogen și heliu. A fost o provocare să cauți noi elemente între hidrogen și heliu! Poate că există o brichetă cu halogen mai mare decât fluorul (Mendeleev a admis probabilitatea existenței unui astfel de halogen, presupunând că heliul este într-adevăr în grupa VIII) sau alte elemente ușoare între hidrogen și heliu? Nu sunt acolo, așa că locul gazelor inerte este în stânga, în grupa zero! Mai mult, valența lor este mai probabil să fie zero decât VIII. Iar raportul cantitativ al greutăților atomice indică fără ambiguitate poziția gazelor inerte în stânga, la începutul fiecărui rând.

„Această poziție a analogilor argonului în grupul zero este o consecință strict logică a înțelegerii legii periodice”, a afirmat DI Mendeleev.

La sugestia lui William Ramsay, Mendeleev include grupul zero în tabelul periodic, lăsând loc elementelor mai ușoare decât hidrogenul.

Devine clar de ce Dmitri Ivanovici a insistat asupra existenței grupului zero; mențiunile sale despre un ipotetic halogen mai ușor decât fluorul sunt de înțeles; prin urmare, căutarea lui pentru un element mai ușor decât hidrogenul este chiar de înțeles, la a cărui existență se gândise de multă vreme: „Nu mi-a trecut niciodată prin cap că o serie de elemente ar trebui să înceapă cu hidrogenul”. „Pentru a priva hidrogenul de acea poziție inițială, pe care a ocupat-o de mult timp, și pentru a-l face să aștepte elemente cu chiar mai puțin decât cea a hidrogenului, greutatea unui atom, în care am crezut întotdeauna” - acestea sunt gândurile cele mai profunde ale omului de știință, pe care l-a ascuns până când legea periodică a fost în sfârșit nu va fi aprobată. „Am avut gânduri că mai devreme decât hidrogenul se putea aștepta la elemente cu greutatea atomică mai mică de 1, dar nu am îndrăznit să mă exprim în acest sens din cauza ghicirii presupunerii și mai ales pentru că atunci am avut grijă să nu strica impresia noului sistem propus, dacă aspectul său va fi însoțit de ipoteze precum cele mai ușoare elemente decât hidrogenul.”

Tocmai în sistemul cu un grup zero pe care l-a apărat, care a fost propus pentru prima dată de omul de știință belgian Leo Herrera în 1900 la o reuniune a Academiei Regale de Științe din Belgia (Academie royale de Belgique), hidrogenul poate să nu pară a fi primul, din moment ce inevitabil apare în fața lui spațiu liber pentru un element ultraușor - poate acesta este „elementul eter”?

„Acum, când a început să nu fie supus nici cea mai mică îndoială că înaintea grupului I, în care trebuie plasat hidrogenul, există o grupă zero, ai cărui reprezentanți au greutăți atomice mai mici decât cele ale elementelor din grupa I, mi se pare imposibil. pentru a nega existența unor elemente mai ușoare decât hidrogenul”, a scris Dmitri Ivanovici.

În legea pe care a descoperit-o, Mendeleev încearcă să înțeleagă din punct de vedere fizic natura masei ca principală caracteristică a materiei. Aflând fundamentele fizice ale gravitației (despre cât efort și timp a dedicat acestei probleme, știm și puține), strâns legate de conceptul de eter mondial ca mediu „transmițător”, el caută cel mai ușor element. Cu toate acestea, rezultatele experimentelor din anii 1870, care s-au rezumat la a demonstra că „eterul este suma celor mai rare gaze”, nu l-au mulțumit pe Mendeleev. De ceva vreme a oprit cercetările în această direcție, nu a scris nicăieri, dar, se pare, nu i-a uitat niciodată.

La sfârșitul vieții, în căutarea răspunsurilor la întrebările referitoare la proprietățile profunde ale materiei, se îndreaptă din nou către „eterul lumii”, cu ajutorul căruia încearcă să pătrundă în natura conceptului de bază al științei naturii în secolul al XIX-lea (și chiar secolul XX, și chiar secolul XXI) - mase, precum și pentru a da explicații pentru noile descoperiri și, mai ales, radioactivitate. Ideea principală a lui Mendeleev este următoarea: „O înțelegere reală a eterului nu poate fi atinsă ignorând chimia acestuia și neconsiderându-l o substanță elementară; substanțele elementare sunt acum de neconceput fără subordonarea legitimității lor periodice.” Descriind eterul lumii, Mendeleev îl consideră, „în primul rând, cel mai ușor dintre toate elementele, atât ca densitate, cât și ca greutate atomică, în al doilea rând, cel mai rapid gaz care se mișcă și, în al treilea rând, cel mai puțin capabil să se formeze cu alți atomi sau particule de anume orice puternic. compuși și, în al patrulea rând, un element care este pretutindeni răspândit și omniprezent.”

Greutatea unui atom din acest element ipotetic X, conform calculelor lui Mendeleev, poate varia de la 5,3 × 10^-11 până la 9,6 × 10^-7 (dacă greutatea atomică a lui H este 1). Pentru a estima masa unui element ipotetic, el se bazează pe cunoștințele din domeniul mecanicii și astronomiei. Elementul X și-a primit locul în tabelul periodic în perioada zero a grupului zero, ca cel mai ușor analog al gazelor inerte. (Mendeleev numește acest element „Newtoniu”.) În plus, Dmitri Ivanovici a admis existența unui alt element mai ușor decât hidrogenul - elementul Y, coronium (se presupune că liniile coronium au fost înregistrate în spectrul coroanei solare în timpul eclipsei Soare în 1869; descoperirea heliului pe Pământ a oferit baza pentru a considera existența acestui element ca fiind reală). În același timp, Mendeleev a subliniat în mod repetat natura ipotetică a elementelor X și Y și nu le-a inclus în tabelele de elemente ale edițiilor a VII-a și a VIII-a ale Fundamentelor chimiei.

Exactitatea și responsabilitatea științifică în lucrările lui Mendeleev nu au nevoie de comentarii. Dar, după cum vedem, dacă logica căutării a cerut-o, el a prezentat cu îndrăzneală cele mai neobișnuite ipoteze. Toate predicțiile făcute de el pe baza legii periodice (existența a 12 elemente necunoscute la acea vreme, precum și corectarea maselor atomice ale elementelor), au fost confirmate cu brio.

„Când am aplicat legea periodică analogilor borului, aluminiului și siliciului, eram cu 33 de ani mai tânăr, eram deplin încrezător că mai devreme sau mai târziu ceea ce se prevedea trebuie cu siguranță justificat, pentru că totul îmi era clar vizibil. Scuza a venit mai devreme decât aș fi putut spera. Atunci nu riscam, acum riscam. Este nevoie de determinare. A venit când am văzut fenomene radioactive… și când mi-am dat seama că nu mai era posibil să amân și că poate gândurile mele imperfecte ar conduce pe cineva pe o cale mai corectă decât cea posibilă, ceea ce mi se pare viziunea slăbită.

Deci, aceasta este prima greșeală majoră, poate chiar o amăgire profundă a unui mare om de știință, așa cum cred mulți acum, sau doar o neînțelegere regretabilă a geniului de către studenții săi incapacitati?

La începutul secolului XX, nu numai Mendeleev, ci și mulți fizicieni și chimiști credeau în existența „eterului”. Cu toate acestea, după crearea teoriei generale și speciale a relativității de către Albert Einstein, această credință a început să se estompeze. Este general acceptat că până în anii 1930 problema „eterului” nu mai exista, iar problema elementelor mai ușoare decât hidrogenul a dispărut de la sine. Dar, din nou, problema eterului clasic, eterul omogen a dispărut, dar eterul structural (eterul lui Mendeleev) este destul de viu, doar că acum se numește vid structural sau vid fizic al lui Dirac. Deci întrebarea este doar în terminologie.

Să revenim la elementele mai ușoare decât hidrogenul. Orice chimist știe serii omoloage și cum se comportă primii lor membri, în special pe primii. Primul este întotdeauna special. El iese întotdeauna puternic în evidență din rândul general. Hidrogenul este plasat în ambele grupe I și VII (este oarecum similar atât cu metalele alcaline, cât și cu halogenii în același timp). Deci, hidrogenul nu este ca primul… În căutarea elementelor reale din perioada zero, ne aflăm într-o lume complet diferită și se pare că aceasta este lumea particulelor elementare.

Înțelegerea chimiei ca știință a schimbărilor calitative, conform multor cercetători, se manifestă cel mai clar în tabelul periodic, iar la începutul sistemului este pur și simplu orbitor de strălucitor. „Cele mai obișnuite corpuri simple din natură au o greutate atomică scăzută, iar toate elementele cu o greutate atomică scăzută sunt caracterizate de claritatea proprietăților. Prin urmare, ele sunt elemente tipice”, iar pe măsură ce cineva se apropie de „punctul zero”, ar trebui să apară „salturi calitative fantastice” ascuțite, ceea ce decurge din natura sa singulară, deoarece” … aici nu este doar marginea sistemului, ci de asemenea, elemente tipice și, prin urmare, ne putem aștepta la originalitate și particularități.”

Vorbim adesea despre natura fundamentală a legii periodice, dar se pare că nu înțelegem cu adevărat acest lucru. Să repetăm pe Mendeleev: „Esența conceptelor care provoacă legea periodică constă în principiul general fizico-chimic al corespondenței, transformabilității și echivalenței forțelor naturii”.

Înscrierea făcută de mâna lui DI Mendeleev pe pagina cu sistemul periodic din 1871 în manualul său „Fundamentals of Chemistry” în 1871, păstrată în arhiva omului de știință: „Eterul este cel mai ușor dintre toate, de un milion de ori”.

În concluzie, aș dori să citez cuvintele lui Dmitri Ivanovici:

„Mă uit la încercarea mea, departe de a fi completă, de a înțelege natura eterului lumii dintr-un punct de vedere cu adevărat chimic, nu mai mult decât o expresie a sumei impresiilor acumulate în mine, scăpând doar din motivul că nu vreau. gândurile inspirate de realitate să dispară. Este probabil ca multora sa le fi aparut ganduri similare, dar pana cand nu sunt afirmate, ele dispar usor si adesea si nu se dezvolta, nu presupun o acumulare treptata a certitudinii, care singura ramane. Dacă ele conțin măcar o parte din adevărul natural pe care îl căutăm cu toții, încercarea mea nu este zadarnică, va fi elaborată, completată și corectată, iar dacă gândul meu este incorect în temeiurile lui, prezentarea lui, după una. sau un alt fel de respingere, îi va împiedica pe alții să repete. Nu cunosc altă cale pentru o mișcare lentă, dar constantă înainte.”

VACUUM FIZIC - în viziunea modernă, starea fundamentală a câmpurilor cuantificate, un fel de mediu cu sarcină electrică zero, moment, moment unghiular și alte numere cuantice. Câmpurile au energie minimă, dar sunt supuse fluctuațiilor cu amplitudine mare. Apariția ideilor cuantice a condus la crearea unei imagini universale a unei structuri unice a materiei. În loc de câmpuri și particule ale fizicii clasice, ei consideră acum obiecte fizice unice - câmpuri cuantice în spațiu-timp cu patru dimensiuni, câte unul pentru fiecare câmp „clasic” (electric, magnetic etc.) și pentru fiecare tip de particule. De exemplu, vidul de Dirac este un câmp de particule cu spin ½ (electroni, pozitroni, muoni, quarci etc.). Fiecare interacțiune unică de particule sau câmpuri este rezultatul schimbului de cuante ale acestor câmpuri într-un punct din spațiu-timp. Din unele puncte de vedere, vidul fizic manifestă proprietățile mediului material, dând motive să îl considerăm „eter modern”.

D. Mendeleev. O încercare de înțelegere chimică a eterului. 1905.pdf Fundamentele Chimiei. Prima parte. 1949. Mendeleev D. I.djvu Fundamentele chimiei. Partea a doua. 1949. Mendeleev D. I.djvu Articole pe tema:

Viața și evoluțiile lui D. I. Mendeleev - fapte necunoscute

Cine și de ce a ascuns eterul din tabelul periodic? Una dintre opinii

Mendeleev: un luptător împotriva oligarhilor petrolieri și un susținător al teoriei eterului