Часть 5 АТОМНАЯ ФИЗИКА

Раздел 15 СТРОЕНИЕ АТОМА

15.10. Методологическое значение периодического закона Д. И. Менделеева

Период атомистической химии завершился во второй половине XIX в. открытием Д. И. Менделеевым периодического закона элементов и построением на его основе периодической системы элементов (1869 г.). Для этого открытия были все объективные предпосылки. Было подтверждено вероятность атомной гипотезы. В химии утвердились понятия «атом» и «молекула». На основе атомной гипотезы открыто законы, по которым из элементов образуются сложные химические вещества.

В начале второй половины XIX в. химики уже изучили более 50 элементов, дали описание их свойств и довольно точно определили атомную массу. Возникла необходимость систематизировать накопленный материал. Первые попытки классификации основывались на четко выраженных физических и химических свойствах (например, металлов и неметаллов), на выделении отдельных групп или рядов подобных между собой элементов (например, галоїдів). Однако предшественники Д. И. Менделеева ставили перед собой ограниченную цель - классифицировать элементы удобным способом. Никто из них за отдельными закономерностями не заметил общего основного закона.

Д. И. Менделеев, прежде всего, четко определил понятие «элемент». Он отграничил его от «простого тела» и, что самое главное, связал с учением об атомах. Понятию «простое тело» соответствует молекула, состоящая из атомов. Элементами же называют те составные части простых и сложных тел, которые предопределяют их физические и химические свойства. Элементу соответствует понятие об атоме. Например, карбон является элементом, а графит и алмаз - простыми телами.

Основным свойством элемента, определяет другие свойства атома (элемента и) и позволяет отличать атомы одного элемента от другого, является его атомная масса. Именно это свойство связано с самой природой элемента и должна быть возложена, по мнению Д. И. Менделеева, в основу научной системы элементов. Суть этой системы заключалась в раскрытии характера связи между атомной массой как количественной определенностью элемента, и всей совокупностью его свойств как качественной определенностью.

Идея о том, что атомная масса элемента является его основным свойством в общем виде, была высказана еще до Д. И. Менделеева. Однако только Менделеев, изучив весь предыдущий теоретический и эмпирический материал, определил характер зависимости свойств элементов от атомной массы. Проанализировав эту зависимость, он пришел к выводу, что «если все элементы разместить в порядке согласно их значение атомной массы, то получится периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости (или, на языке алгебры, образуют периодическую функцию) от значения атомных масс элементов»*.

Во время анализа содержания периодического закона особое значение имеет исследование вопроса о том, как проявляется действие законов диалектики. Последовательно переходя от одного элемента к другому в порядке возрастания атомной массы или атомного номера), можно проследить рост или ослабление противоречивых свойств (например, металлических и металоїдних) химических элементов. Эти противоречия развиваются согласно закону перехода одного качества в другое при количественных изменениях. С увеличением количества элементарных частиц, образующих атом, его свойства качественно изменяются и периодически повторяются. Однако это повторение не является копированием, возвращением к пройденного этапа развития. Более сложные элементы той же группы периодической системы всегда проявляют такие качественные особенности, которых не было в более простых элементах. Например, многие свойства ауруму подобные свойств купруму. Аурум и купрум содержатся в той же подгруппе 1-й группы периодической системы. Однако атомы ауруму более сложные, чем атомы купруму. Они имеют свои качественные особенности, вследствие чего золото и медь имеют разное практическое применение.

Следует отметить, что в основе периодического закона лежит не только представление о периодическую зависимость свойств элементов, но и представление о закономерная связь между свойствами элементов в каждом периоде и в каждой группе периодической системы, а также внутри этой системы по диагональным направлениям. Именно этот закономерный связь между количественными и качественными характеристиками элементов, впервые открытый и исследован Д. И. Менделеевым, позволил ему предсказать существование и свойства неизвестных на то время химических элементов.

До открытия периодической системы было известно и описано 54 элементы. Д. И. Менделеев предсказал существование новых 12 элементов. Для трех из них - скандия, галлия и германия - он определил заранее все важнейшие физико-химические свойства.

Опираясь на периодический закон Д. И. Менделеев исправил атомную массу некоторых элементов. Так же были предусмотрены инертные газы. Впоследствии открыли лантаноїди, гелий и аргон, актиноїди.

Теоретические предсказания, которые Д. И. Менделеев сделал на основе периодического закона, подтвердились на практике. Тем самым периодический закон утвердился как объективный закон природы. Современная атомная физика не только не противоречит периодической системе, а, наоборот, глубже раскрыла ее содержание, дала ответ на те вопросы, которые оставались невыясненными. Все элементы остались на тех же местах, где их поставил Д. И. Менделеев, а открытые элементы разместились позже в отведенных для них местах в таблице.

Научный подвиг Д. И. Менделеева заключался в том, что он сделал из периодического закона далеко идущие теоретические предсказания. Они дали ключ к опытной проверки закона, на много лет вперед показали путь развития науки. Периодический закон стал одним из основных законов естествознания, которые составляют фундамент современного физического учения о строении материи.

_____________________________________________________________

*Менделеев Д. Ы. Основы химии: В 2 т. - М.; Л.: Госхимиздат, 1947. - Т. 2. - С. 80-81.