Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Ведущий научный сотрудник ДонФТИ НАН Украины
доктор физ.-мат. наук, профессор А.Боргардт
3
П Р Е Д И С Л О В И Е
Д.И.Менделеев, понимая фундаментальность и неисчерпаемость открытого им периодического закона, говорил, что будущее ему "не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещаются" [1].
Прошли годы, и периодическая система стала, по справедливому замечанию авторов работы [2], для многих столь очевидной и привычной, что ее склонны рассматривать в качестве своего рода таблицы умножения в химии. Однако, взгляд на нее, как на нечто законченное, пишут авторы, глубоко ошибочен, ибо он является отражением слишком упрощенного понимания явления периодичности. Эту упрощенность авторы видят во-первых в том, что не определена верхняя граница естественного ряда химических элементов и мы не знаем правомерно ли экстраполировать известные нам закономерности в область гипотетических элементов с Z > 105. Без знания верхней границы системы невозможна целостная оценка явления периодичности.
Другое упрощение, по мнению Б.М.Кедрова и Д.Н.Трифонова, связано с преувеличением степени упорядоченности элементов в системе.
Проблема упорядочения всего множества химических элементов имеет два аспекта. Первый - это упорядочение по монотонно возрастающей величине Z. Эта упорядоченность строгая и вопросов не вызывает. Другой аспект - это упорядочение химических элементов по периодам и по группам. Здесь проблема до конца не решена.
Исторически сложились два определения понятия период: химическое (каноническое) и физическое (формальное). Согласно первому определению период - это совокупность элементов, начинающаяся щелочными металлами и заканчивающаяся благородным газом. Второе определение основано на представлениях о последовательности построения электронных конфигураций (s, p, d, f) атомов по мере роста Z и сводится к тому, что начинается период ns- элементами, а заканчивается np-элементами. Именно такой принцип разбиения естественного ряда химических элементов на периоды принят в современной теории, основанной на постулатах квантовой механики. Соответственно, критерием упорядочения элементов по группам выступает подобие электронных структур атомов, составляющих вертикальные ряды таблицы Менделеева. Преувеличенность оценки указанных упорядочений состоит в том, что в ней не принят во внимание ряд отклонений, наблюдающихся в этих упорядочениях.
4
В упорядочении по периодам таким отклонением является завершение первого периода ns-, а не np-элементом, как в остальных периодах. Во многих случаях нарушается строгая s, p, d, f последовательность в заполнении уровней электронами в атомах одного и того же периода с ростом Z. Нарушение монотонности в формировании подооболочек отмечается в группе так называемых элементов четвертого и пятого периодов, у лантана (57), гадолиния (64) и ряда других элементов. В интервале Z = 90 - 95 отсутствует заметное различие между 6d- и 5^электронами, поэтому есть основание выделять "смешанный" ряд 6d- и 5^элементов, как их целостную совокупность. До настоящего времени не решена проблема непротиворечивого размещения лантаноидов (58 - 71 ) и трансактиниевых элементов (90 - 1 05) непосредственно в структуре периодической системы. Все эти неувязки дали толчок тому, что вслед за каноническим вариантом таблицы Менделеева было создано несколько десятков других таблиц - длинных, лестничных, пирамидальных, спиральных и т. п. [3]. Предпринимались попытки и чисто математического моделирования периодической системы. Одной из них было создание таблицы химических элементов даже на основе представлений об атоме, как бесструктурной частице [4].
Полностью разделяя мнение цитируемых авторов по затронутым вопросам и, считая их решение актуальной задачей, нельзя обойти вниманием еще один аспект понимания периодической системы химических элементов.
Д. И. Менделеев, говоря о том, что время не грозит периодическому закону разрушением, указывал также, что постижение периодического закона обещает очень много для понимания самой природы химических элементов. Об этом же говорили и другие исследователи, однако, каких-либо определенных критериев для генетической интерпретации периодической системы предложено не было. Лишь недавно, на основе установленной зависимости величины потенциалов ионизации изоэлектронных
атомов (ионов) от Z - -/?" = f (Z) [5] такая возможность появилась. Выявленная зависимость позволяет судить об эволюции теплового состояния высокотемпературной плазмы, из которой формировались атомы, и об энергетической очередности их становления, как химических индивидов - от тяжелых элементов к легким. Увязка местоположения атомов с очередностью появления у них электронных оболочек и является основой генетической интерпретации периодической системы.
Анализ следствий, вытекающих из зависимости -J?~ = f (Z), позволяет подойти к решению многих из вышеперечисленных
5
проблем, в том числе и проблемы верхней границы периодической системы. Итогам этого анализа и посвящена настоящая работа.
На примере полученных результатов хотелось также напомнить читателям, особенно молодым - старшеклассникам, студентам, начинающим научным работникам, что истин в последней инстанции в науке не существует. Проиллюстрировать этими материалами справедливость слов А.Эйнштейна, который говорил: " Понятия, которые оказываются полезными при упорядочении вещей, легко завоевывают у нас такой авторитет, что мы забываем об их земном происхождении и принимаем их как нечто неизменно данное. Тогда они становятся "необходимостями мышления", "данными a'priori" и т.д. Поэтому, если мы настаиваем на необходимости проанализировать давно установленные понятиято это не праздная забава. Этим самым разбивается их преувеличенная власть" [6]. К этим словам А.Эйнштейна хотелось бы добавить и высказывание П.Дирака: "Посвящая себя исследовательской работе, нужно стремиться сохранить свободу суждений и ни во что не следует слишком верить, всегда надо быть готовым к тому, что убеждения, которых придерживался в течение долгого времени, могут оказаться ошибочными" [7].
