Het probleem van "nul" in de werken van Mendelejev

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

… Hoe meer ik moest nadenken over de aard van chemische elementen, hoe meer ik afweek van zowel het klassieke concept van primaire materie als van de hoop om het gewenste begrip van de aard van elementen te bereiken door elektrische en lichte verschijnselen te bestuderen, en elke keer meer dringend en duidelijker realiseerde ik me dat eerder dit of eerst het nodig is om een meer reëel beeld te krijgen van de "massa" en van de "ether" dan nu.

D. I. Mendelejev

In januari 1904 publiceerde Petersburg Leaflet No. 5, ter gelegenheid van de 70e verjaardag van Dmitry Ivanovich Mendeleev, een interview met hem. Op de vraag met wat voor soort wetenschappelijk onderzoek hij momenteel bezig is, antwoordde de wetenschapper: "Ze zijn uitsluitend gericht op het bevestigen van de theorie die ik het afgelopen jaar naar voren heb gebracht, of beter gezegd, pogingen van een chemisch begrip van de wereldether."

Wat is deze theorie waar we zo weinig over weten?

DI Mendelejev voltooide zijn artikel "An Attempt at a Chemical Understanding of the World Ether" in oktober 1902 en publiceerde het in januari 1903 in nr. 1-4 van het "Bulletin and Library of Self-Education". In mei 1904 kondigde hij in een brief aan de beroemde astronoom Simon Newcomb aan dat hij in de nabije toekomst een artikel zou schrijven "over moderne ideeën over de complexiteit van chemische elementen en over elektronen …"

Portret van D. I. Mendelejev door I. N. Kramskoy. Het jaar is 1878. Het idee van "chemische" ether, dat volgens DI Mendelejev nauw verwant is aan het periodiek systeem der elementen, koesterde de wetenschapper sinds de jaren 1870.

Over de complexiteit van chemische elementen en over elektronen - dit is begrijpelijk voor de moderne lezer, maar de wereldether? Nu weten zelfs schoolkinderen dat dit idee door de wetenschap is verlaten. Daarom wordt waarschijnlijk een van de laatste werken van Mendelejev zeer zelden becommentarieerd, vrijwel nergens genoemd, en is het over het algemeen moeilijk te vinden. In veel wetenschappelijke en educatieve bibliotheken in het meerdelige "Works" van DI Mendelejev ontbreekt deel 2, dat het hoofdstuk "Poging tot een chemisch begrip van de wereldether" bevat. Soms krijg je zelfs de indruk dat ze op de een of andere manier verlegen proberen dit 'nieuwsgierige' werk uit het erfgoed van de wetenschapper te wissen. Het lijkt erop dat velen neerbuigend denken dat de grote Mendelejev op zijn oude dag het niveau van zijn bekwaamheid misschien heeft overschreden.

Maar laten we niet overhaaste conclusies trekken. DI Mendelejev koesterde deze 'gênante' theorie bijna zijn hele creatieve leven. Twee jaar na de ontdekking van het periodiek systeem (Mendelejev was nog geen 40 jaar oud) werd op een afdruk uit de "Fundamentals of Chemistry" van zijn hand, bij het waterstofsymbool, een inscriptie gemaakt, die als volgt kan worden ontcijferd: " Ether is de lichtste van allemaal, miljoenen keren." Blijkbaar leek "ether" Mendelejev het lichtste chemische element te zijn.

“Sinds de jaren 70 blijft de vraag in mij hangen: wat is ether in chemische zin? Het is nauw verbonden met het periodiek systeem der elementen, en werd er in mij door opgewonden, maar nu pas durf ik erover te praten."

Dus het scheikundige element van de ether - het element van de ether - de atomiciteit van de ether - de discretie van de ether. Dit is niet de ether die de moderne natuurkunde heeft weggegooid als een onnodige kruk. Laten we het woordenboek openen:

"Ether (Grieks Aither - een hypothetisch materieel medium dat ruimte vult) … In de klassieke natuurkunde werd ether begrepen als een homogeen, mechanisch, elastisch medium dat de absolute Newtoniaanse ruimte vult" (Philosophical Dictionary / Ed. M. M. Rosenthal. - M., 1975).

In de klassieke definitie van ether ligt de nadruk op homogeniteit of continuïteit. De ether, waarover Mendelejev spreekt, bestaat uit elementen, ze is atomair, ze is inhomogeen, ze is discontinu en discreet. Het heeft een structuur.

De belangstelling van Dmitry Ivanovich voor het etherprobleem in de jaren 1870 hangt nauw samen met het periodiek systeem ("het was dit dat me in mij opwond") en het daaropvolgende werk aan de studie van gassen. “Eerst geloofde ik ook dat ether de som is van de meest ijle gassen in de grenstoestand. De experimenten zijn door mij uitgevoerd bij lage druk - om hints van een antwoord te krijgen."

Maar deze werken bevredigden hem niet: … het idee van de wereldether als de ultieme verdunning van dampen en gassen is niet bestand tegen zelfs de eerste aanvallen van bedachtzaamheid - vanwege het feit dat de ether niet anders kan worden voorgesteld dan als een substantie die alles en overal doordringt; Dit is niet typisch voor dampen en gassen”.

De gedetailleerde ontwikkeling van het 'chemische concept van de wereldether' begon met de ontdekking van inerte gassen. DI Mendelejev voorspelde veel nieuwe elementen, maar inerte gassen waren zelfs voor hem onverwacht. Hij accepteerde deze ontdekking niet onmiddellijk, niet zonder interne strijd, en was het niet eens met de meeste chemici over de locatie van inerte gassen in het periodiek systeem. Waar zouden ze moeten staan? Moderne scheikundigen zullen zonder aarzelen zeggen: natuurlijk in de VIII-groep. En Mendelejev drong categorisch aan op het bestaan van de nulgroep. Inerte gassen zijn zo verschillend van andere elementen dat ze ergens aan de zijkant van het systeem een plaats hadden. Het leek, wat een verschil, aan de rechter (VIII groep) of linker (nul groep) rand ze zullen zijn. Het lijkt ons volkomen principieel, vooral voor die keren dat ze de elektronische structuur van atomen niet kenden, hoewel we zelfs nu alleen onszelf wijsmaken dat we het weten. Mendelejev dacht daar anders over. Inerte gassen aan de rechterkant zetten betekent een hele reeks holtes tussen waterstof en helium krijgen. Het was een uitdaging om te zoeken naar nieuwe elementen tussen waterstof en helium! Misschien is er een halogeen dat lichter is dan fluor (Mendelejev gaf de waarschijnlijkheid van het bestaan van zo'n halogeen toe, ervan uitgaande dat helium echt in groep VIII zit) of andere lichte elementen tussen waterstof en helium? Ze zijn er niet, dus de plaats van inerte gassen is aan de linkerkant, in de nulgroep! Bovendien is hun valentie waarschijnlijker nul dan VIII. En de kwantitatieve verhouding van atoomgewichten geeft ondubbelzinnig de positie van inerte gassen aan de linkerkant aan, aan het begin van elke rij.

"Deze positie van de argon-analogen in de nulgroep is een strikt logisch gevolg van het begrijpen van de periodieke wet", beweerde DI Mendelejev.

Op voorstel van William Ramsay neemt Mendelejev de nulgroep op in het periodiek systeem, waardoor er ruimte overblijft voor elementen die lichter zijn dan waterstof.

Het wordt duidelijk waarom Dmitry Ivanovich aandrong op het bestaan van de nulgroep: zijn vermeldingen van een hypothetisch halogeen dat lichter is dan fluor zijn begrijpelijk; daarom is zijn zoektocht naar een element dat lichter is dan waterstof zelfs begrijpelijk, het bestaan waarvan hij lang had nagedacht: "Het kwam nooit bij me op dat een aantal elementen met waterstof zouden moeten beginnen." "Om waterstof die aanvankelijke positie te ontnemen, die het lang heeft ingenomen, en om het te laten wachten op elementen met nog minder dan die van waterstof, het gewicht van een atoom, waar ik altijd in heb geloofd" - dit zijn de diepste gedachten van de wetenschapper, die hij verborg totdat de periodieke wet definitief was, zal niet worden goedgekeurd. “Ik had de gedachte dat je eerder dan waterstof elementen met een atoomgewicht van minder dan 1 kon verwachten, maar ik durfde mezelf niet in die zin uit te drukken vanwege de waarzeggerij van de aanname en vooral omdat ik toen oppassen dat ik niet bederven de indruk van het voorgestelde nieuwe systeem, als het uiterlijk gepaard gaat met aannames als over de lichtste elementen dan waterstof."

Juist in het systeem met een nulgroep dat hij verdedigde, dat voor het eerst werd voorgesteld door de Belgische wetenschapper Leo Herrera in 1900 tijdens een bijeenkomst van de Belgische Koninklijke Academie van Wetenschappen (Academie royale de Belgique), lijkt waterstof misschien niet de eerste, omdat het onvermijdelijk ervoor verschijnt vrije ruimte voor een ultralicht element - misschien is dit het "etherelement"?

“Nu, toen er niet de minste twijfel begon te bestaan dat er vóór groep I, waarin waterstof moet worden geplaatst, een nulgroep is, waarvan de vertegenwoordigers een atoomgewicht hebben dat minder is dan die van groep I-elementen, lijkt het mij onmogelijk om het bestaan van elementen te ontkennen die lichter zijn dan waterstof, 'schreef Dmitry Ivanovich.

In de wet die hij ontdekte, probeert Mendelejev vanuit fysiek oogpunt de aard van massa als het belangrijkste kenmerk van materie te begrijpen. Het vinden van de fysieke grondslagen van zwaartekracht (over hoeveel moeite en tijd hij aan dit probleem heeft besteed, we weten ook weinig), nauw verwant aan het concept van de wereldether als een 'zendend' medium, zoekt hij naar het lichtste element. De resultaten van de experimenten van de jaren 1870, die erop neerkwamen dat "ether de som is van de zeldzaamste gassen", stelden Mendelejev echter niet tevreden. Hij stopte enige tijd met onderzoek in deze richting, schreef nergens, maar vergat ze blijkbaar nooit.

Op het einde van zijn leven wendt hij zich, op zoek naar antwoorden op vragen over de diepe eigenschappen van de materie, opnieuw tot de "wereldether", met behulp waarvan hij probeert door te dringen tot de aard van het basisconcept van de natuurwetenschap in de 19e eeuw (en zelfs de 20e en zelfs de 21e eeuw) - massa's, maar ook om verklaringen te geven voor nieuwe ontdekkingen en vooral radioactiviteit. Het hoofdidee van Mendelejev is als volgt: “Een echt begrip van de ether kan niet worden bereikt door de chemie ervan te negeren en het niet als een elementaire substantie te beschouwen; elementaire substanties zijn nu ondenkbaar zonder de ondergeschiktheid van hun periodieke legitimiteit." Mendelejev beschrijft de wereldether en beschouwt deze als "ten eerste, de lichtste van alle elementen, zowel in dichtheid als atoomgewicht, ten tweede, het snelst bewegende gas, en ten derde, het minst in staat om zich te vormen met andere atomen of deeltjes van bepaalde sterkte verbindingen en, ten vierde, een element dat overal wijdverbreid en alomtegenwoordig is."

Het gewicht van een atoom van dit hypothetische element X kan volgens de berekeningen van Mendelejev variëren van 5,3 × 10^-11 tot 9,6 × 10^-7 (als het atoomgewicht van H 1 is). Om de massa van een hypothetisch element te schatten, put hij uit kennis uit de mechanica en astronomie. Element X kreeg zijn plaats in het periodiek systeem in de nulperiode van de nulgroep, als de lichtste analoog van inerte gassen. (Mendelejev noemt dit element "Newtonium".) Bovendien gaf Dmitry Ivanovich het bestaan toe van een ander element dat lichter is dan waterstof - het element Y, coronium (vermoedelijk werden de lijnen van coronium opgenomen in het spectrum van de zonnecorona tijdens de zonsverduistering van de zon in 1869; de ontdekking van helium op aarde vormde de basis om het bestaan van dit element als echt te beschouwen). Tegelijkertijd benadrukte Mendelejev herhaaldelijk de hypothetische aard van de elementen X en Y en nam ze niet op in de tabellen met elementen van de 7e en 8e editie van Fundamentals of Chemistry.

Wetenschappelijke nauwkeurigheid en verantwoordelijkheid in de werken van Mendelejev behoeven geen commentaar. Maar, zoals we kunnen zien, als de logica van de zoektocht het vereiste, bracht hij stoutmoedig de meest ongewone hypothesen naar voren. Alle voorspellingen die hij op basis van de periodieke wet deed (het bestaan van 12 elementen die op dat moment onbekend waren, evenals de correctie van de atoommassa's van de elementen), werden op briljante wijze bevestigd.

“Toen ik de periodieke wet toepaste op de analogen van boor, aluminium en silicium, was ik 33 jaar jonger, ik had er alle vertrouwen in dat vroeg of laat wat voorzien was zeker gerechtvaardigd moest zijn, want alles was duidelijk zichtbaar voor mij. Het excuus kwam eerder dan ik had durven hopen. Toen riskeerde ik het niet, nu riskeer ik het. Het vergt vastberadenheid. Het kwam toen ik radioactieve verschijnselen zag … en toen ik me realiseerde dat het voor mij niet langer mogelijk was om uit te stellen en dat misschien mijn onvolmaakte gedachten iemand op een pad zouden leiden dat correcter is dan mogelijk is, wat lijkt op mijn verzwakkende visie.

Dus, is dit de eerste grote fout, misschien zelfs een diepe waanidee van een groot wetenschapper, zoals velen nu denken, of gewoon een betreurenswaardig misverstand over genialiteit door zijn wilsonbekwame studenten?

Aan het begin van de 20e eeuw geloofden niet alleen Mendelejev, maar ook veel natuurkundigen en chemici in het bestaan van "ether". Na de creatie van de speciale en algemene relativiteitstheorie door Albert Einstein begon dit geloof echter te vervagen. Algemeen wordt aangenomen dat in de jaren dertig het probleem van de 'ether' niet meer bestond en dat de kwestie van de elementen die lichter waren dan waterstof vanzelf verdween. Maar nogmaals, het probleem van de klassieke ether, de homogene ether is verdwenen, maar de structurele ether (de ether van Mendelejev) is behoorlijk levendig, alleen wordt het nu het structurele vacuüm of het fysieke vacuüm van Dirac genoemd. Dus de vraag is alleen in terminologie.

Laten we teruggaan naar de elementen die lichter zijn dan waterstof. Elke scheikundige kent homologe reeksen en hoe hun eerste leden zich gedragen, vooral de eerste. De eerste is altijd bijzonder. Hij onderscheidt zich altijd sterk van de algemene rij. Waterstof wordt in beide groepen I en VII geplaatst (het is enigszins vergelijkbaar met zowel alkalimetalen als halogenen tegelijkertijd). Dus waterstof is niet zoals de eerste … Op zoek naar de echte elementen van de nulperiode, bevinden we ons in een compleet andere wereld, en het lijkt erop dat dit de wereld van elementaire deeltjes is.

Het begrip van scheikunde als een wetenschap van kwalitatieve veranderingen manifesteert zich volgens veel onderzoekers het duidelijkst in het periodiek systeem, en helemaal aan het begin van het systeem is het gewoon oogverblindend helder. “De meest voorkomende eenvoudige lichamen in de natuur hebben een laag atoomgewicht en alle elementen met een laag atoomgewicht worden gekenmerkt door scherpte van eigenschappen. Daarom zijn het typische elementen ", en als men het "nulpunt" nadert, zouden fantastische" scherpe "kwalitatieve sprongen moeten optreden, wat volgt uit zijn unieke karakter, aangezien" … hier niet alleen de rand van het systeem is, maar ook typische elementen, en daarom mogen we originaliteit en eigenaardigheden verwachten."

We hebben het vaak over het fundamentele karakter van de periodieke wet, maar het lijkt alsof we dit niet echt begrijpen. Laten we Mendelejev herhalen: "De essentie van de concepten die de periodieke wet veroorzaken, ligt in het algemene fysisch-chemische principe van overeenstemming, transformeerbaarheid en gelijkwaardigheid van de natuurkrachten."

De aantekening gemaakt door DI Mendeleev's hand op de pagina met het periodiek systeem van 1871 in zijn leerboek "Fundamentals of Chemistry" in 1871, opgeslagen in het archief van de wetenschapper: "Ether is de lichtste van allemaal, een miljoen keer."

Tot slot zou ik de woorden van Dmitry Ivanovich willen citeren:

"Ik kijk naar mijn verre van volledigheidspoging om de aard van de wereldether te begrijpen vanuit een echt chemisch gezichtspunt, niet meer dan een uitdrukking van de som van de indrukken die zich in mij hebben verzameld, alleen ontsnappend om de reden dat ik niet wil de door de werkelijkheid geïnspireerde gedachten verdwijnen. Het is waarschijnlijk dat soortgelijke gedachten bij velen zijn opgekomen, maar totdat ze worden uitgesproken, verdwijnen ze gemakkelijk en vaak en ontwikkelen ze zich niet, ze brengen geen geleidelijke accumulatie van zekerheid met zich mee, die alleen blijft. Als ze tenminste een deel van de natuurlijke waarheid bevatten waarnaar we allemaal op zoek zijn, is mijn poging niet tevergeefs, ze zal worden uitgewerkt, aangevuld en gecorrigeerd, en als mijn gedachte onjuist is in zijn grondslagen, zijn presentatie, na één of een ander soort weerlegging, zal voorkomen dat anderen in herhaling vallen. Ik ken geen andere manier voor een langzame maar gestage beweging naar voren."

FYSIEKE VACUM - in de moderne opvatting, de grondtoestand van gekwantiseerde velden, een soort medium zonder elektrische lading, momentum, impulsmoment en andere kwantumgetallen. De velden hebben een minimale energie, maar zijn onderhevig aan schommelingen met grote amplitude. De opkomst van kwantumideeën leidde tot de creatie van een universeel beeld van een enkele structuur van materie. In plaats van velden en deeltjes van de klassieke fysica, beschouwen ze nu afzonderlijke fysieke objecten - kwantumvelden in vierdimensionale ruimte-tijd, één voor elk "klassiek" veld (elektrisch, magnetisch, enz.) en voor elk type deeltjes. Het Dirac-vacuüm is bijvoorbeeld een veld van deeltjes met spin ½ (elektronen, positronen, muonen, quarks, enz.). Elke afzonderlijke interactie van deeltjes of velden is het resultaat van de uitwisseling van quanta van deze velden op een punt in de ruimte-tijd. Vanuit sommige gezichtspunten manifesteert het fysieke vacuüm de eigenschappen van de materiële omgeving, wat reden geeft om het als "moderne ether" te beschouwen.

D. Mendelejev. Een poging tot een chemisch begrip van de ether. 1905.pdf Grondbeginselen van de chemie. Deel een. 1949. Mendelejev D. I.djvu Grondbeginselen van de chemie. Deel twee. 1949. Mendelejev D. I.djvu Artikelen over het onderwerp:

Leven en ontwikkelingen van D. I. Mendelejev - onbekende feiten

Wie en waarom verborg de ether voor het periodiek systeem? Een van de meningen

Mendelejev: een strijder tegen olie-oligarchen en een aanhanger van de ethertheorie