Problem „zera” w pracach Mendelejewa

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

… Im więcej musiałem myśleć o naturze pierwiastków chemicznych, tym bardziej odbiegałem zarówno od klasycznego pojęcia materii pierwotnej, jak i od nadziei osiągnięcia pożądanego zrozumienia natury pierwiastków poprzez badanie zjawisk elektrycznych i świetlnych, i za każdym razem coraz pilniej i wyraźniej uświadamiałem sobie, że wcześniej to lub najpierw trzeba uzyskać bardziej realne pojęcie o „masie” i „eterze” niż teraz.

DI Mendelejewa

W styczniu 1904 roku petersburska ulotka nr 5 z okazji 70. urodzin Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa opublikowała z nim wywiad. Zapytany, jakimi badaniami naukowymi obecnie się zajmuje, naukowiec odpowiedział: „Są one nakierowane wyłącznie na potwierdzenie teorii, którą przedstawiłem w ubiegłym roku, a raczej próby chemicznego zrozumienia światowego eteru”.

Co to za teoria, o której tak mało wiemy?

DI Mendelejew zakończył swój artykuł „An Attempt at a Chemical Understanding of the World Ether” w październiku 1902 r. i opublikował go w styczniu 1903 r. w nr 1-4 „Biuletynu i Biblioteki Samokształcenia”. W maju 1904 r. w liście do słynnego astronoma Simona Newcomba zapowiedział, że w niedalekiej przyszłości zamierza napisać artykuł „o współczesnych wyobrażeniach o złożoności pierwiastków chemicznych i o elektronach…”.

Portret D. I. Mendelejewa autorstwa I. N. Kramskoya. Jest rok 1878. Pomysł „chemicznego” eteru, który według DI Mendelejewa jest ściśle związany z układem okresowym pierwiastków, naukowiec pielęgnował od lat 70. XIX wieku.

O złożoności pierwiastków chemicznych io elektronach - to zrozumiałe dla współczesnego czytelnika, ale eter świata? Teraz nawet dzieci w wieku szkolnym wiedzą, że ta idea została porzucona przez naukę. Dlatego prawdopodobnie jedno z ostatnich dzieł Mendelejewa jest bardzo rzadko komentowane, praktycznie nigdzie nie wymienione i generalnie trudno je znaleźć. W wielu bibliotekach naukowych i edukacyjnych w wielotomowych „Dziełach” DI Mendelejewa brakuje tomu 2, który zawiera rozdział „Próba chemicznego zrozumienia eteru świata”. Czasem można nawet odnieść wrażenie, że jakoś nieśmiało próbują wymazać tę „ciekawą” pracę z dziedzictwa naukowca. Wydaje się, że wielu protekcjonalnie uważa, że wielki Mendelejew na starość mógł przekroczyć poziom swoich kompetencji.

Ale nie wyciągajmy pochopnych wniosków. DI Mendelejew pielęgnował tę „wstydliwą” teorię przez prawie całe swoje twórcze życie. Dwa lata po odkryciu układu okresowego (Mendeleew nie miał jeszcze 40 lat) na odcisku z „Podstaw chemii” jego ręką, w pobliżu symbolu wodoru, wykonano napis, który można rozszyfrować w następujący sposób: „ Eter jest najlżejszy ze wszystkich, miliony razy”. Najwyraźniej „eter” wydawał się Mendelejewowi najlżejszym pierwiastkiem chemicznym.

„Od lat 70. pytanie uporczywie tkwi we mnie: czym jest eter w sensie chemicznym? Jest ściśle związany z układem okresowym pierwiastków i był nim we mnie podekscytowany, ale dopiero teraz odważę się o tym mówić.”

A więc pierwiastek chemiczny eteru - pierwiastek eteru - atomowość eteru - dyskretność eteru. To nie jest eter, który współczesna fizyka odrzuciła jako niepotrzebną podporę. Otwórzmy słownik:

„Eter (grecki Aither - hipotetyczny ośrodek materialny wypełniający przestrzeń) … W fizyce klasycznej eter był rozumiany jako jednorodny, mechaniczny, elastyczny ośrodek wypełniający absolutną przestrzeń Newtona” (Słownik filozoficzny / red. M. M. Rosenthal. - M., 1975 r.).

W klasycznej definicji eteru nacisk kładzie się na jednorodność lub ciągłość. Eter, o którym mówi Mendelejew, składa się z pierwiastków, jest atomowy, niejednorodny, nieciągły i dyskretny. Ma strukturę.

Zainteresowanie Dmitrija Iwanowicza problemem eteru w latach 70. XIX wieku jest ściśle związane z układem okresowym („to właśnie mnie we mnie podnieciło”) i późniejszymi pracami nad badaniem gazów. „Na początku wierzyłem też, że eter jest sumą najbardziej rozrzedzonych gazów w stanie granicznym. Eksperymenty zostały przeprowadzone przeze mnie przy niskim ciśnieniu - aby uzyskać wskazówki dotyczące odpowiedzi”.

Ale te prace go nie satysfakcjonowały: „… idea światowego eteru jako ostatecznego rozrzedzenia oparów i gazów nie wytrzymuje nawet pierwszych napadów zadumy - ze względu na to, że eteru nie można sobie wyobrazić inaczej niż jako substancja przenikająca wszystko i wszędzie; Nie jest to typowe dla par i gazów”.

Szczegółowy rozwój „chemicznej koncepcji światowego eteru” rozpoczął się wraz z odkryciem gazów obojętnych. DI Mendelejew przewidział wiele nowych pierwiastków, ale gazy obojętne były nieoczekiwane nawet dla niego. Nie od razu zaakceptował to odkrycie, nie bez wewnętrznej walki, i nie zgadzał się z większością chemików na temat lokalizacji gazów obojętnych w układzie okresowym. Gdzie powinny się znajdować? Współcześni chemicy bez wahania powiedzą: oczywiście w grupie VIII. A Mendelejew kategorycznie nalegał na istnienie grupy zerowej. Gazy obojętne są tak różne od innych elementów, że znalazły się gdzieś z boku układu. Wydawało się, jaka różnica, na prawym (grupa VIII) lub lewym (grupa zero) będą. Wydaje nam się to kompletnie pozbawione zasad, zwłaszcza dla tych czasów, kiedy nie znano struktury elektronowej atomów, choć nawet teraz łudzimy się tylko, że wiemy. Mendelejew myślał inaczej. Umieszczenie gazów obojętnych po prawej stronie oznacza uzyskanie całej serii pustych przestrzeni między wodorem a helem. Poszukiwanie nowych pierwiastków pomiędzy wodorem a helem było wyzwaniem! Może istnieje halogen lżejszy od fluoru (Mendeleew przyznał prawdopodobieństwo istnienia takiego halogenu, zakładając, że hel jest rzeczywiście w grupie VIII) lub inne lekkie pierwiastki między wodorem a helem? Nie ma ich, więc miejsce gazów obojętnych jest po lewej stronie, w grupie zerowej! Co więcej, ich wartościowość jest bardziej prawdopodobna niż zero niż VIII. A ilościowy stosunek mas atomowych jednoznacznie wskazuje położenie gazów obojętnych po lewej stronie, na początku każdego rzędu.

„Ta pozycja analogów argonu w grupie zerowej jest ściśle logiczną konsekwencją zrozumienia prawa okresowości” – stwierdził DI Mendelejew.

Zgodnie z sugestią Williama Ramsaya Mendelejew umieszcza grupę zerową w układzie okresowym, pozostawiając miejsce na pierwiastki lżejsze od wodoru.

Staje się jasne, dlaczego Dmitrij Iwanowicz upierał się przy istnieniu grupy zerowej, jego wzmianki o hipotetycznym halogenie lżejszym od fluoru są zrozumiałe; stąd jego poszukiwania pierwiastka lżejszego od wodoru są nawet zrozumiałe, o istnieniu którego od dawna myślał: „Nigdy nie przyszło mi do głowy, że liczba pierwiastków powinna zaczynać się od wodoru”. „Pozbawić wodór tej początkowej pozycji, którą od dawna zajmował, i zmusić go do czekania na pierwiastki o jeszcze mniejszej masie atomu niż wodór, w którą zawsze wierzyłem” – to najskrytsze myśli naukowca., które ukrywał do czasu, gdy ustawa okresowa została ostatecznie zatwierdzona, nie zostanie zatwierdzona. „Miałem myśli, że wcześniej niż wodór można się spodziewać pierwiastków o masie atomowej poniżej 1, ale nie odważyłem się wyrazić w tym sensie ze względu na wróżenie z założenia, a zwłaszcza dlatego, że uważałem wtedy, aby nie zepsuć wrażenie proponowanego nowego układu, jeśli jego wyglądowi będą towarzyszyć takie założenia, jak o pierwiastkach najlżejszych niż wodór.”

Właśnie w systemie z grupą zerową, którego bronił, co po raz pierwszy zaproponował belgijski naukowiec Leo Herrera w 1900 roku na spotkaniu Belgijskiej Królewskiej Akademii Nauk (Academie royale de Belgique), wodór może nie być pierwszym, skoro nieuchronnie pojawia się przed nim wolne miejsce na ultralekki element – może to jest „element eterowy”?

„Teraz, gdy nie było najmniejszych wątpliwości, że przed grupą I, w której powinien znajdować się wodór, istnieje grupa zerowa, której przedstawiciele mają masy atomowe mniejsze niż pierwiastków z grupy I, wydaje mi się to niemożliwe. zaprzeczyć istnieniu pierwiastków lżejszych niż wodór”- napisał Dmitrij Iwanowicz.

W odkrytym przez siebie prawie Mendelejew stara się zrozumieć z fizycznego punktu widzenia naturę masy jako głównej cechy materii. Odkrywając fizyczne podstawy grawitacji (o tym, ile wysiłku i czasu poświęcił temu problemowi, wiemy też mało), ściśle związane z koncepcją światowego eteru jako medium „przesyłającego”, poszukuje najlżejszego pierwiastka. Jednak wyniki eksperymentów z lat 70. XIX wieku, które sprowadzały się do udowodnienia, że „eter jest sumą najrzadszych gazów”, nie zadowoliły Mendelejewa. Na jakiś czas przerwał badania w tym kierunku, nigdzie nie pisał, ale podobno nigdy o nich nie zapomniał.

Pod koniec życia, w poszukiwaniu odpowiedzi na pytania dotyczące głębokich właściwości materii, ponownie zwraca się do „świata eteru”, za pomocą którego stara się wniknąć w naturę podstawowego pojęcia przyrodniczego w wiek XIX (a nawet wiek XX, a nawet XXI) – masowo, a także wyjaśnianie nowych odkryć, a przede wszystkim promieniotwórczości. Główna idea Mendelejewa jest następująca: „Prawdziwego zrozumienia eteru nie można osiągnąć, ignorując jego chemię i nie uważając go za elementarną substancję; substancje elementarne są teraz nie do pomyślenia bez podporządkowania ich okresowej legitymizacji.” Opisując światowy eter, Mendelejew uważa go za „po pierwsze najlżejszy ze wszystkich pierwiastków, zarówno pod względem gęstości, jak i masy atomowej, po drugie, najszybciej poruszający się gaz, a po trzecie, najmniej zdolny do tworzenia się z innymi atomami lub cząstkami o związki i, po czwarte, pierwiastek, który jest wszędzie rozpowszechniony i wszechprzenikający.”

Waga atomu tego hipotetycznego pierwiastka X, według obliczeń Mendelejewa, może wynosić od 5,3 × 10^-11 do 9,6 × 10^-7 (jeśli masa atomowa H wynosi 1). Do oszacowania masy hipotetycznego pierwiastka korzysta z wiedzy z zakresu mechaniki i astronomii. Pierwiastek X otrzymał swoje miejsce w układzie okresowym w okresie zerowym grupy zerowej, jako najlżejszy analog gazów obojętnych. (Mendeleew nazywa ten pierwiastek „Newtonem”.) Ponadto Dmitrij Iwanowicz przyznał się do istnienia innego pierwiastka lżejszego od wodoru - pierwiastka Y, koronu (przypuszczalnie linie korony zostały zarejestrowane w widmie korony słonecznej podczas zaćmienia Słońca Słońce w 1869 r., odkrycie helu na Ziemi dało podstawę do uznania istnienia tego pierwiastka za rzeczywiste). Jednocześnie Mendelejew wielokrotnie podkreślał hipotetyczny charakter pierwiastków X i Y i nie umieszczał ich w tabelach elementów 7. i 8. wydania Podstaw Chemii.

Naukowa ścisłość i odpowiedzialność w pracach Mendelejewa nie wymagają komentarzy. Ale, jak widzimy, jeśli wymagała tego logika poszukiwań, śmiało stawiał najbardziej niezwykłe hipotezy. Wszystkie przewidywania dokonane przez niego na podstawie prawa okresowego (istnienie 12 nieznanych wówczas pierwiastków, a także korekta mas atomowych pierwiastków) zostały znakomicie potwierdzone.

„Kiedy zastosowałem prawo okresowości do analogów boru, glinu i krzemu, byłem o 33 lata młodszy, byłem w pełni przekonany, że prędzej czy później to, co było przewidziane, musi być z pewnością uzasadnione, bo wszystko było dla mnie wyraźnie widoczne. Usprawiedliwienie pojawiło się wcześniej, niż mogłem się spodziewać. Wtedy nie ryzykowałem, teraz ryzykuję. Wymaga determinacji. Pojawił się, gdy zobaczyłem zjawiska radioaktywne… i gdy zdałem sobie sprawę, że nie mogę już dłużej odkładać i że być może moje niedoskonałe myśli poprowadzą kogoś na ścieżkę bardziej poprawną niż ta, która wydaje się mojej słabnącej wizji.

Czy jest to więc pierwszy poważny błąd, może nawet głębokie złudzenie wielkiego naukowca, jak wielu obecnie wierzy, czy tylko godne ubolewania niezrozumienie geniuszu przez jego ubezwłasnowolnionych uczniów?

Na początku XX wieku nie tylko Mendelejew, ale także wielu fizyków i chemików wierzyło w istnienie „eteru”. Jednak po stworzeniu specjalnej i ogólnej teorii względności przez Alberta Einsteina wiara ta zaczęła zanikać. Powszechnie przyjmuje się, że do lat 30. XX wieku problem „eteru” już nie istniał, a kwestia pierwiastków lżejszych od wodoru zniknęła sama. Ale znowu problem klasycznego eteru, jednorodnego eteru zniknął, ale eter strukturalny (eter Mendelejewa) jest całkiem żywy, tyle że teraz nazywa się go próżnią strukturalną lub fizyczną próżnią Diraca. Więc pytanie dotyczy tylko terminologii.

Wróćmy do pierwiastków lżejszych od wodoru. Każdy chemik zna szereg homologiczny i wie, jak zachowują się ich pierwsi członkowie, zwłaszcza pierwszy. Pierwszy jest zawsze wyjątkowy. Zawsze mocno wyróżnia się z ogólnego szeregu. Wodór znajduje się w obu grupach I i VII (jest nieco podobny jednocześnie do metali alkalicznych i halogenów). A więc wodór nie jest taki jak pierwszy… W poszukiwaniu prawdziwych pierwiastków okresu zerowego znajdujemy się w zupełnie innym świecie i wydaje się, że jest to świat cząstek elementarnych.

Rozumienie chemii jako nauki o zmianach jakościowych, zdaniem wielu badaczy, przejawia się najwyraźniej w układzie okresowym i na samym początku układu jest po prostu olśniewająco jasne. „Najczęstsze proste ciała w przyrodzie mają niską masę atomową, a wszystkie pierwiastki o niskiej masie atomowej charakteryzują się ostrością właściwości. Są to zatem elementy typowe”, a gdy zbliżamy się do „punktu zerowego”, powinny następować fantastyczne „ostre” skoki jakościowe, co wynika z jego osobliwości, skoro”… tutaj jest nie tylko krawędź układu, ale również elementy typowe, dlatego możemy spodziewać się oryginalności i osobliwości.”

Często mówimy o fundamentalnym charakterze prawa okresowego, ale wydaje się, że tak naprawdę tego nie rozumiemy. Powtórzmy Mendelejewa: „Istota pojęć, które powodują prawo okresowości, tkwi w ogólnej fizykochemicznej zasadzie korespondencji, przekształcalności i równoważności sił przyrody”.

Wpis dokonany ręką DI Mendelejewa na stronie z układem okresowym z 1871 r. w jego podręczniku „Podstawy chemii” z 1871 r., przechowywanym w archiwum naukowca: „Eter jest najlżejszy ze wszystkich, milion razy”.

Na zakończenie chciałbym zacytować słowa Dmitrija Iwanowicza:

„Patrzę na moją daleką od kompletności próbę zrozumienia natury światowego eteru z naprawdę chemicznego punktu widzenia, nie więcej niż wyrażenie sumy wrażeń nagromadzonych we mnie, uciekających wyłącznie z tego powodu, że nie chcę myśli inspirowane rzeczywistością znikają. Jest prawdopodobne, że podobne myśli przyszły na myśl wielu, ale dopóki nie zostaną wypowiedziane, łatwo i często znikają i nie rozwijają się, nie pociągają za sobą stopniowego gromadzenia pewności, która jako jedyna pozostaje. Jeśli zawierają choć część prawdy naturalnej, której wszyscy szukamy, to moja próba nie pójdzie na marne, zostanie ona dopracowana, uzupełniona i poprawiona, a jeśli moja myśl jest błędna w swoich podstawach, jej prezentacji, po jednym lub innego rodzaju odrzucenie, uniemożliwi innym powtórzenie. Nie znam innego sposobu na powolny, ale stały ruch naprzód.”

PRÓŻNIA FIZYCZNA - we współczesnym ujęciu stan podstawowy pól skwantowanych, rodzaj ośrodka z zerowym ładunkiem elektrycznym, pędem, momentem pędu i innymi liczbami kwantowymi. Pola mają minimalną energię, ale podlegają fluktuacjom o dużej amplitudzie. Pojawienie się idei kwantowych doprowadziło do stworzenia uniwersalnego obrazu pojedynczej struktury materii. Zamiast pól i cząstek fizyki klasycznej rozważają teraz pojedyncze obiekty fizyczne - pola kwantowe w czterowymiarowej czasoprzestrzeni, po jednym dla każdego „klasycznego” pola (elektrycznego, magnetycznego itp.) i dla każdego rodzaju cząstek. Na przykład próżnia Diraca to pole cząstek o spinie ½ (elektrony, pozytony, miony, kwarki itp.). Każde pojedyncze oddziaływanie cząstek lub pól jest wynikiem wymiany kwantów tych pól w punkcie czasoprzestrzeni. Z pewnych punktów widzenia próżnia fizyczna przejawia właściwości środowiska materialnego, dając powód do uznania jej za „nowoczesny eter”.

D. Mendelejewa. Próba chemicznego zrozumienia eteru. 1905.pdf Podstawy chemii. Część pierwsza. 1949. Mendelejew D. I.djvu Podstawy chemii. Część druga. 1949. Mendelejew D. I.djvu Artykuły na ten temat:

Życie i rozwój D. I. Mendelejewa - nieznane fakty

Kto i dlaczego ukrył eter z układu okresowego pierwiastków? Jedna z opinii

Mendelejew: bojownik przeciwko oligarchom naftowym i zwolennik teorii eteru