ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Развитие представлений о химических элементах из "Химия изотопов" Принципиальное значение открытия изотопии было бы недостаточно ясным вне связи с историей возникновения и развития представлений о химических элементах. Эти представления зародились еще в глубокой древности и почти сто лет назад превратились в ту стройную систему, которая сейчас составляет фундамент физических наук. Ее создание тесно связано с именами трех величайших русских химиков. М. В. Ломоносов дал основы современных взглядов на химические элементы и атомно-молекулярное строение веш оства. Учение о химических элементах былозавершено периодическим законом Д. И. Менделеева, положившим начало новой химии и предопределившим ее дальнейшее развитие. А. М. Бутлеров создал структурную химию и предсказал изотопию, которая затем была открыта благодаря периодическому закону. [c.5] Подробное рассмотрение истории развития этих представлений не входит в задачи настоящей книхи [1], но на основных этапах следует коротко остановиться. [c.5] В течение многих веков в науке господствовали представления Аристотеля (IV в. до н. э.) об элементах. Они разнообразно видоизменялись и эволюционировали, но сущность их оставалась той же. Она заключалась в том, что первичными элементами считали не вещества, а свойства единой первоначальной материи. Материальные тела по этим представлениям возникают из комбинации первичных свойств, какими, по Аристотелю, являются холод и тепло, сухость и влажность. Из их попарного сочетания возникают четыре стихии вода (холод 4- влажность), земля (холод -Ь сухость), воздух (тепло -Ь влажность) и огонь (тепло -Ь сухость). Объединяются они пятой стихией ( эссенция квинта ) — носителем духа и жизни. [c.5] Представления о первичных частицах — атомах материи — также возникли в VI—V вв. до н. э. у Лейкипа и Демокрита, были позже разработаны Эпикуром и Лукрецием, а затем развивались более или менее независимо от представлений об элементах. В настоящее время немыслимо отделять учение об э.лементах от атомистики, но долгое время никому не удавалось их объединить и найти ту неразрывную связь между индивидуальностью элементов и индивидуальностью составляющих их атомов, которая составляет основу современных взглядов на химические элементы. [c.6] Впервые и почти в законченной форме это было сделано в середине XVIII в. Ломоносовым [2]—создателем современного материалистического учения о химических элементах, атомах и молекулах. [c.6] Уже в первых трудах студенческой диссертации (1739) и Элементах математической химии (1741) Ломоносов указывал, что все несмешанные тела состоят из однородных первичных корпускул , отвечающих современным молекулам. В свою очередь, эти корпускулы состоят из физически неделимых элементов (позже названных им физическими монадами ), отвечающих современным атомам. Собрание таких элементов образует начало , отвечающее современному химическому элементу. Каждый сорт корпускул образует смешанное тело , в котором соотношение начал такое же, как соотношение частей этих начал (т. е. атомов) в его корпускулах. Легко видеть, что в этих положениях заключены не только современные представления о химических элементах и соединениях, но и основные стехиометрические законы, открытие которых обыкновенно приписывают химикам конца XVIII и начала XIX в., во главе с Дальтоном. [c.6] В следующих трудах Ломоносова Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств и О составляющих природные тела нечувствительных физических частицах, в которых заключается достаточное основание частных качеств (1743—1744) эти положения получили дальнейшее развитие. В них, опираясь на ряд опытных фактов и логических рассуждений, Ломоносов показывает, что все тела состоят из мельчайших частиц, нечувствительных зрению , но вполне материальных, имеющих конечную протяженность, массу, инерцию и другие свойства физических тел. Предвосхищая за 120 лет работы Лошмидта, он даже вычисляет верхнюю границу величин атомов из толщины тончайших листиков золотой фольги. В ЭТ0Л1 же труде дано определение элементов, как предела разложения тел химическим анализом. [c.6] Исследования Лавуазье, Дальтона и других ученых конца XVIII и начала XIX в. дали экспериментальное обоснование атомистики и учения о химических элементах. Эти работы по существу были дальнейшим развитием и продолжением основных взглядов Ломоносова. В некоторых отношениях Ломоносов даже значительно опередил науку начала XIX в. Например, четкое разграничение между атомами и молекулами вошло в химию лишь через сто лет после того, как это было уже сделано в упомянутых выше трудах Ломоносова. [c.7] После того, как учение о химических элементах получило опытную базу и значительное число элементов было открыто, явилась потребность в их классификации и в установлении взаимной связи между ними. Этот новый этап разработки учения о химических элементах завершился периодическим законом Менделеева (1869), который и сейчас, спустя 80 лет, остается величайшим и наиболее плодотворным открытием в химии. [c.7] Периодический закон, выражаемый в сжатом виде общеизвестной таблицей системы элементов Менделеева, всегда был той путеводной нитью, которая вела к фундаментальным открытиям в химии. С его помощью были найдены остальные элементы, сверх 60 элементов, известных к моменту его открытия. Периодический закон систематизировал все основные знания в области химии и, что особенно важно, устанавливая связь между элементами, он был отправной точкой и постоянной опорой для разработки теории строения атомов и молекул, а затем и для тех открытий в ядерной физике, которые недавно привели к освобождению и использованию атомной энергии. Открытие изотопов и дальнейшее развитие учения о них также неразрывно связано с периодическим законом. [c.7] Вместе с созданием правильных представлений о химических элементах возник и всегда оставался актуальным вопрос о том, действительно ли они являются последним пределом деления веществ и не образованы ли они из еще более простых составных частей. [c.8] Еще в 1815 г. Праут обратил внимание на то, что атомные веса многих элементов кратны атомному весу водорода. Из этого он заключил, что атомы всех элементов построены из атомов водорода. Последующие точные определения атомных весов опровергли эту когда-то очень популярную гипотезу в ее первоначальном виде, но химикам всегда было ясно, что близкие к целым числам атомные веса встречаются слишком часто (особенно у легких элементов), чтобы можно было это объяснить одной лишь случайностью. Достаточно взглянуть на таблицу атомных весов, чтобы в этом убедиться из 25 первых элементов у 11 атомные веса отклоняются от целых чисел не более, чем на 0,02 единицы, а отклонения более, чем на 0,1 единицы, встречаются лишь у четырех. [c.8] Отступления атомных весов от точной кратности атомному весу водорода были несовместимыми с гипотезой Праута в свете представлений о полной тождественности всех атомов и их масс для каждого элемента, но могли бы быть понятными, если бы элементы имели атомы с различными, изменяющимися в узких пределах, массами. В полной тождественности атомов впервыь усомнился Бутлеров в работах, которые ниже будут рас смотрены подробнее. Он указал правильный путь разрешения рассматри ваемой проблемы. [c.8] Открытие периодического закона снова поставило на очередь вопрос о сложности элементов. Этот закон с очевидностью указывает на взаимную связь элементов и общность их состава. Сейчас можно не останавливаться на многочисленных прежних попытках разрешения проблемы строения атомов и сложности элементов, носивших из-за недостатка экспериментального материала спекулятивный характер и, большей частью, основанных на слишком поверхностном толковании таблицы Менделеева. Из них, однако, следует обособить работы известного революционера и ученого Н. А. Морозова [4], сделанные в 90-х годах прошлого века в Шлис-сельбургской крепости. Не имея возможности ни экспериментировать, ни знакомиться с новой литературой, Морозов с удивительной проницательностью предсказал ряд современных взглядов и открытий в области строения материи. Анализируя периодический закон и таблицу Менделеева, он предположил, что все атомы построены из трех первичных частиц и электрических зарядов, объяснил этим путем периодичность свойств, а также предсказал нулевую группу инертных газов и существование некоторых изотопов. [c.8] Можно предполагать, что современные взгляды на строение атомов из трех сортов элементарных частиц являются лишь промежуточным этапом, так как. самая элементарность этих частиц очень условна они способны превраш аться друг в друга и в другие элементарные частицы (нейтрино, позитроны, мезоны), наблюдаемые при ядерных реакциях и в космических лучах. [c.9] Современная атомистика полностью подтвердила основанные на диалектическом материализме предсказания Ф. Энгельса и В. И. Ленина о сложности и превращаемости атомов и их составных частей. [c.9] Вернуться к основной статье