открытием электронов, открытием сложности атомов, их делимости, их
превращений (радиоактивность). Атом в XX в. предстал как сложная целостная
система из более мелких частиц. Было раскрыто и участие электронов в
химических процессах, в образовании химических связей между атомами в
молекулах.
Но открытием более мелких, чем атомы, частиц вещества (атомных ядер,
«элементарных частиц»), открытием сложности и делимости атомов, их
изменчивости не исчерпываются последние десятилетия изменения в химической
атомистике и в общих представлениях о дискретном строении вещества. История
химии за столетие со времени оформления атомно-молекулярной теории
свидетельствует о том, что молекулы - это была лишь первая ступенька на
пути выявления химией качественного многообразия дискретных форм вещества и
раскрытия внутреннего механизма его превращений. В ходе развития химических
исследований, вооруженных идеями атомно-молекулярного учения, еще в прошлом
веке были открыты и другие виды химических частиц.[2]
Уникальным и принципиально новым явлением в развитии атомистических
представлений были труды М. В. Ломоносова, осуществившего дедуктивный или
даже своеобразный гипотетико-дедуктивный синтез этих представлений с
учением о химических элементах в рамках логистики. Концептуальной основой
такого синтеза явились:
корпускулярные представления о строении вещества;
кинетическая теория теплоты;
закон сохранения вещества и движения.
В суждениях о химическом составе тел, их свойствах и превращениях
Ломоносов использовал корпускулярную теорию для объяснения фазового
перехода твердых тел в жидкость и обратно, взаимодействия разных жидкостей
при разных температурах и , наконец, Воздействия теплоты на физические и
химические явления. Решение всех этих задач он осуществлял с единых позиций
своей «корпускулярной философии», сущность которой можно свести к следующим
положениям [6]:
1. все тела вне зависимости от агрегатного состояния имеют дискретное
строение, они состоят из «корпускул»,т. е. молекул, которые в свою
очередь, составлены из «элементов», или атомов;
1. корпускулы могут быть однородными, или простыми, когда они состоят
из одних тех же элементов, и разнородными, или сложными, когда они
представляют собой соединение разных элементов;
1. «теплота не зависит от сосредоточения постоянной материи, а есть
некое состояние тела» [9] и далее - теплота твердого тела «состоит
во внутреннем вращательном движении (частиц) связанной материи»[9],
теплота жидкостей и газов обусловлена как вращательным, так и
линейным движением их частиц; «корпускулы от большой степени теплоты
отделяются друг от друга и даже рассеиваются».[9]
1. явление перехода из одного агрегатного состояния в другое, так же и
растворение, сопровождаются поглощением или выделением теплоты и
обусловлены перемещением корпускул;
1. химические превращения тел обусловлены «изменениями, происходящими в
смешанном теле»[9], т. е. изменением элементарного состава.
Рассматривая историю возникновения развития понятия молекулы, нельзя не
обратить внимание на то обстоятельство, что по данному вопросу в химии
переплетались и боролись две точки зрения. Первую можно назвать
аналитической: она рассматривала молекулу как элементарную единицу состава
тела. Вторая признавала за молекулой самостоятельное существование в
качестве реальной структурно - кинетической единицы материи.[10]
3 Периодическая система и закон Д. И. Менделеева
и его значение
Имя и труды Менделеева пользуются мировой славой. Периодический закон,
открытый Менделеевым, сопутствует каждому химику любой страны на всем
протяжении его деятельности. Этот закон является могучим обобщением и
орудием анализа огромнейшего арсенала химических знаний, накопленного
человечеством и сильно обогащающегося с каждым годом.
Периодический закон послужил и продолжает служить путеводной звездой
для тысяч новых исследований и творческих исканий в области химических,
физических, геологических, технических и других наук.
Периодический закон принадлежит к числу тех законов природы, открытие
которых влечет за собой многочисленные и разнообразные следствия и
приложения и творческое развитие их вширь и вглубь.
Д. И. Менделеев обратил внимание на то, что у всех элементов, при всем
их различии, есть нечто общее; это - их масса, выраженная в атомном весе.
Каждый элемент обладает своим атомным весом; например, у хлора он равен
35,5, у натрия - 23,0 и т.д. Значит, заключил Менделеев, все элементы можно
сравнивать между собой по их атомному весу. А так как все элементы
обладали общим свойством - атомным весом, Менделеев расположил в один ряд в
порядке возрастания атомного веса у элементов. Первое место занял самый
легкий элемент - водород, за ним шел немного более тяжелый - литий, потом
еще более тяжелые элементы и так до самых тяжелых, которыми заканчивался
весь ряд. Когда после этого Менделеев посмотрел, как расположились
отдельные элементы в общем ряду, то обнаружил замечательное явление.
Оказалось, что элементы с одинаковыми химическими свойствами повторяются
периодически, через 7 или 17 мест. Так, например, после щелочного металла
лития через 7 элементов снова появляется щелочной металл натрий, а еще
через 7 элементов - тоже щелочной металл калий; затем период становится
длиннее: щелочной металл рубидий стоит на 18-м месте после калия, цезий -
на 18-м месте после рубидия. Та же правильность обнаружилась и у других
элементов, например, у галоидов: на 8-м месте после фтора стоит хлор, на 8-
м после хлора - бром, на 18-м месте после брома - йод. Заметив это,
Менделеев разделил весь ряд элементов на части (периоды) и поместил один
период под другим - так, чтобы химически сходные элементы попали в один
вертикальный столбец и стояли друг под другом; в результате получилась
таблица, в которой элементы располагались в порядке возрастания их атомного
веса, причем элементы с одинаковыми свойствами периодически повторялись на
одном и том же месте от начала или от конца каждого периода.[11]
Таким образом, в пределах каждого периода химический характер элементов
из резко выраженного металлического постепенно превращается в такой же
резко выраженный неметаллический, а затем скачком, через недеятельный газ,
снова возвращается к резко выраженному металлу, которым начинается новый
период. Соответственно этому, по мере роста атомных весов, наивысшая
валентность по кислороду последовательно увеличивается в пределах каждого
периода: она равна 1 у щелочного металла, 2 - у щелочно-земельного металла
и т.д. до галоида, у которого она равна 7. После этого она внезапно падает
до нуля у недеятельного газа, который вообще неспособен к химическому
соединению, а затем снова начинает расти от 1 до 2, до 3 и т.д. до 7, после
чего снова падает до 0. Таким образом, в то время как атомные веса растут
непрерывно, валентность сначала увеличивается от 0 до 7, а затем падает до
своего исходного значения; такое изменение совершается периодически,
несколько раз на протяжении всей менделеевской системы; подобно этому и
соответственно этому периодически несколько раз совершается переход от
металлических свойств элементов к противоположным им неметаллическим
свойствам; после недеятельного газа металлические свойства появляются
снова, а затем вновь также постепенно происходит переход к неметаллическим
свойствам.
Вот как определяет смысл периодического закона сам Менделеев в своей
замечательной книге «Основы химии»: «...Если все элементы расположить в
порядке по величине их атомного веса, то получится периодическое повторение
свойств. Это выражается законом периодичности: свойства простых тел, также
формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической
зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию)
от величины атомных весов элементов».
Исходя из того, что свойства элементов меняются так же закономерно, как
и атомные веса, Менделеев наперед вычислил предполагаемые свойства не
открытых еще элементов; он предсказал, таким образом, не только то, что
должны быть открыты новые элементы, но и то, какими свойствами они будут
обладать. Более того, он предсказал даже и то, каким способом, вероятнее
всего, будут открыты эти никем еще доселе не виданные и даже не ожидаемые
элементы. Эти предсказания были сделаны в 1871 г. В то время, пожалуй,
никто из химиков не отнесся серьезно к открытию Менделеева. «Поживем,
увидим», - говорили скептики.
Вскоре последовали новые замечательные подтверждения предсказаний
Менделеева. Были открыты элементы скандий и германий, наперед описанные
Менделеевым. Оправдывались все предложенные Менделеевым изменения атомных
весов. Теперь периодический закон полностью был доказан; более того, он
совершил триумфальное шествие в мировой науке. Имя великого ученого,
открывшего этот закон, было заслуженно вписано в один ряд с именами
величайших ученых мира всех веков.
Далее, Менделеев показал, что качественная химическая характеристика
каждого элемента зависит от количественной характеристики его важнейшего
свойства - атомного веса; постепенное нарастание атомного веса в ряду
элементов каждый раз приводит к качественному изменению, обусловливая
переход от одного элемента к другому, причем этот переход происходит не
плавно, не постепенно, а резким скачком, путем перерыва постепенности. На
этот по существу диалектический характер изменений свойств элементов,
расположенных согласно периодическому закону, много раз обращал внимание
сам Менделеев.
Все богатство диалектических связей и переходов, скачков и
противоречий, заключенных в периодической системе, было открыто
Менделеевым, хотя сам Менделеев не был сознательным диалектиком-
материалистом, а применял диалектику бессознательно, стихийно. Тем не
менее, именно фактическое применение диалектического метода позволило
Менделееву открыть периодический закон, построить систему элементов и
сделать свои замечательные предсказания, обессмертившие его имя. Менделеев
исходил из убеждения, что количественные изменения свойств растут строго
закономерно, каждый раз обусловливая собой качественные изменения элементов
