ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Система элементов, атомы, ионы, молекулы Таблица Д. И. Менделеева как основа химии из "Неорганическая химия Том 1" Приступая к освоению химии, одной из наук о веществе, основанной на учении о мировых стихиях — химических элементах, мы прежде всего должны обратиться к открытой Д. И. Менделеевым системе, как глубокой истине, обобщающей в отвлеченной форме основное содержание химии. [c.5] Чтобы правильно оценить смысл и значение Системы и на ее основе построить прохождение химии, необходимо найти надлежащий подход к этой трудной задаче. [c.5] Еще в ХУП столетии М. В. Ломоносов ставил перед собой цель превратить химию в математическую науку. При рассмотрении системы элементов возникает вопрос о математическом ее смысле . [c.5] Под законами в химии понимают положения, выявляющие природу и свойства материальных объектов, характер их сложных совокупностей, а также изменений, происходящих с ними. [c.5] Законы природы обычно выражаются математически при помощи уравнений, которые отображают количественные функциональные взаимосвязи измеряемых на опыте величин, характеризующих свойства различных материальных объектов или изменения этих свойств во времени, возникающие под влиянием внешних воздействий, а также при перемене химического состава, строения и состояний изучаемых веществ. [c.5] Открытое Д. И. Менделеевым и выраженное в его знаменитой Периодической таблице общее положение о взаимозависимости всех химических элементов несомненно является одним из основных устоев науки о веществе и в то же время прекрасным примером одного из общих философских положений. [c.5] Формулировка того или иного закона, как обычно считают, совершенна тэгда, когда ее можно отобразить математически при помощи уравнения, позволяющего вычислять, предсказывать и характеризовать количественно свойства веществ, а также различные явления и процессы, так или иначе их изменяющие. Однако Д. И. Менделеев не придал Периодическому закону формы алгебраического уравнения. [c.6] Найденное впоследствии Шрёдингером и обобщенное Дираком дифференциальное уравнение позволило делать вычисления свойств элементов и их соединений. Для этого необходимо применение соответствующих операторов и последующего интегрирования, но такой путь даже при использовании электронно-вычислительных машин оказался, хотя и плодотворным, но затруднительным, за исключением простейших случаев. Вследствие этого точное вычисление количественных характеристик разнообразных свойств данного элемента, производимое математически на основе априорного знания какой-либо одной его характеристики, измеренной на опыте (например, заряд атомного ядра), оказывается до сих пор практически трудной задачей. [c.6] Предсказание каких-либо неизвестных свойств элемента возможно, как показал Д. И. Менделеев, при помощи интерполяции на основе измерений свойств элементов, соседних по ряду и столбцу. [c.6] В результате может показаться, что указанный Д. И. Менделеевым закон до сих пор еще не сформулирован в окончательной математической форме и ждет в связи с этим не только своего развития и уточнения (как полагал Д. И. Менделеев), но и внесения в него, может быть, принципиально нового смысла, вытекающего каким-то сложным путем из учения о природе атома и составляющих его фундаментальных частиц. [c.6] Соприкасаясь с одной стороны с обычными законами, выражающими так или иначе количественные характеристики материи и связи между ними, Система Д. И. Менделеева близка в то же время и к классификациям растительного и животного мира, отражающим в какой-то мере качественную индивидуальность, а также эволюцию живых существ во времени и их генетическую взаимосвязь. Д. И. Менделеев, объясняя открытую им Систему, отмечал ее своеобразие, выраженное не только в идее периодичности, но и в отказе от характеристики алгебраическим уравнением или геометрическим графиком и в использовании табличной формы. [c.6] Следует сказать, что, с точки зрения математики, функциональные связи, выражаемые при помощи простых алгебраических уравнений, не являются единственным способом изображения законосообразной зависимости. Более общие положения могут быть охарактеризованы, например, дифференциальными уравнениями или еще каким-нибудь иным способом. [c.6] Каждому химическому элементу отвечает, в свою очередь, некоторое множество количественно отличных друг от друга устойчивых или радиоактивных изотопов, а каждому изотопу — множество атомов, способных пребывать в различных состояниях. Кроме того, каждому элементу можно приписать множество соединений, им образуемых. Поэтому элемент открытого Менделеевым химического множества также является сложным множеством. К таким множествам, элементы которых сами оказываются множествами, применяется термин Система . Таким образом таблица Д. И. Менделеева с математической точки зрения по праву называется Систе гой. [c.7] Существуют множества, элементы которых можно переставлять в любом порядке, не нарушая при этом существенно самого множества, но бывают и такие, называемые упорядоченными, в которых последовательность элементов закреплена каждому элементу в них приписывается определенный порядковый номер. Система Д. И. Менделеева является упорядоченным множеством. [c.7] Смысл порядковых номеров химических элементов и причины их закрепленности теперь известны номер равен числу протонов в ядрах атома данного элемента, а следовательно, и числу электронов, входящих в состав нейтральных его атомов. Таким образом, номер данного элемента постоянен если каким-нибудь образом заряд атомного ядра в определенном атоме изменится, то образуется другой элемент. [c.7] Одновременно с ростом числа протонов увеличивается и число входящих в состав ядра нейтронов, что ведет к симбатности прироста порядковых номеров и элементных масс эта симбатность нарушается лишь в редких случаях. [c.7] Накопляясь в атоме по мере роста ядерного заряда, электроны, конкурируя друг с другом за наиболее глубокие в энергетическом смысле положения, располагаются вокруг ядра способными к насыщению слоями, занимая определенные квантовыми числами и запретом Паули вакансии. Конфигурации электронов в периодически возникающих новых внешних слоях повторяются, что и сказывается на всем комплексе свойств атомов и заставляет располагать элементы системы периодами, стоящими один под другим. [c.7] Элементы, имеющие два одинаковых индекса Н, Ве, А1, Се, 8Ь, Ро, лежат на так называемой главной диагонали матрицы . [c.8] Обычно в Системе рядом с символом каждого элемента не пишут двух индексов, помещая их в виде общей характеристики слева от каждой строчки и сверху каждого столбца, но в сущности всегда подразумевают их например, в случае 81 — этот элемент будет третьего периода и четвертой группы. Кроме того, важен порядковый номер и элементная масса. [c.8] Геометрическое место, отвечающее парам соответствующих точек х yi), хо, У2) будет изображать на плоскости функциональную зависимость. [c.8] Вернуться к основной статье