CC BY
39
- ФИЛОСОФСКИЕ НАУКИ -
УДК 140.8
В.С. Данилова, Н.Н. Кожевников
Философское значение периодической системы элементов
Д.И. Менделеева
СВФУ им. М.К. Аммосова, г. Якутск, Россия
Аннотация. Рассмотрены основные вехи создания Д.И. Менделеевым Периодического закона элементов. Продемонстрировано, как он шел к своему великому открытию и почему именно Менделееву был отдан приоритет формулировки периодического закона. Это обусловлено идеями, которые он заложил в основание своей таблицы. Его первые предсказания оказались революционными, а принципы, заложенные в классификацию элементов, имели глубокое мировоззренческое значение. В рассматриваемой системе сошлось много универсальных характеристик окружающего нас мира, поскольку они непосредственно им фундированы. Понятия «элемент», «структура», «система», «функция» приобретают здесь общемировое значение. Рассматриваемые элементы - это кирпичики мироздания для молекул и всех тех структур, которые формируются на их основе (органические соединения, аминокислоты, белки и т.п.). Это позволило объяснить свойства основных химических элементов, структур и систем, а также значительной части материи. Периодический закон Д.И. Менделеева способствовал возникновению многих новых направлений исследований, среди которых следует, прежде всего, выделить распространение ключевых идей этой системы элементов на смежные области знания и исследование трансурановых элементов. Можно утверждать, что Периодический закон химических элементов - это яркий пример феноменологической теории, истинность которой блестяще подтвердили последующие открытия в физике конца XIX и ХХ столетиях. Таблица Менделеева наводила мысль на существование субатомной структуры и предвидела математический аппарат, лежащий в основе правил управления атомами, которые в будущем проявили себя в квантовой теории. Исследованию периодического закона посвящено много исследований как отечественных, так и зарубежных авторов. Значительный вклад в эти исследования был внесен Б.М. Кедровым и его последователями. Периодический закон Д.И. Менделеева - фундаментальный закон мироздания, основание современного естествознания и науки в целом.
Ключевые слова: система, закон, естествознание, атом, структура, элемент, трансурановый, идея, предсказание, таблица.
ДАНИЛОВА Вера Софроновна - доктор философских наук, профессор кафедры философии, СевероВосточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. E-mail: nnkozhev@mail.ru
DANILOVA Vera S. - Doctor of Philosophy, Professor Department of Philosophy, M.K. Ammosov NorthEastern Federal University.
КОЖЕВНИКОВ Николай Николаевич - доктор философских наук, профессор кафедры философии, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. E-mail: nnkozhev@mail.ru
KOZHEVNIKOV Nikolay N. - Doctor of philosophical science, Professor Department of Philosophy, M.K. Ammosov North-Eastern Federal University.
V. S. Danilova, N. N. Kozhevnikov
The philosophical significance of Mendeleev's Periodic Table
M.K. AmmosovNorth-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia
Abstract. The article reviews the main milestones of the creation of the Dmitri Mendeleev's Periodic Law of the Elements. It is demonstrated how he came to his great discovery and why Mendeleev was given the priority of formulating the periodic law. This is due to the ideas that he laid at the foundation of his table. His first predictions turned out to be revolutionary, and the principles laid down in the classification of elements had deep philosophical significance. In the system under consideration, many universal characteristics of the world around us converge, since it directly founds them. The concepts of "element", "structure", "system", and "function" acquire global significance. The elements under consideration are the building blocks of the universe for molecules and all those structures formed on their basis (organic compounds, amino acids, proteins, etc.). This made it possible to explain the properties of the basic chemical elements, structures and systems, as well as a significant part of matter. The Dmitri Mendeleev's Periodic Law contributed to the emergence of many new areas of research, among which, first, one should highlight the spread of the key ideas of this system of elements to the related fields of knowledge and the study of transuranic elements. It can be argued that the Periodic Law of chemical elements is a vivid example of a phenomenological theory, the truth of which was brilliantly confirmed by subsequent discoveries in physics at the end of the 19th and 20th centuries. The periodic table suggested the existence of a subatomic structure and foresaw the mathematical apparatus that underlies the rules for controlling atoms, which in the future proved themselves in quantum theory. The study of the periodic law has been the subject of many studies by both Russian and foreign authors. B.M. Kedrov and his followers made a significant contribution to these studies. The Dmitri Mendeleev's Periodic Law is the fundamental law of the universe, the foundation of modern science and science as a whole.
Keywords: system, law, natural sciences, atom, structure, element, transuranic, idea, prediction, table.
Введение
В настоящее время Периодический закон Д.И. Менделеева - «периодическая зависимость физических и химических свойств элементов от их атомного веса (в современной формулировке - от заряда ядра элемента, то есть от атомного номера в Периодической системе элементов» [1, с. 580].
Общая характеристика
В каждой науке есть фундаментальные публикации, определившие её развитие. Физики опираются на «Математические начала натуральной философии» И. Ньютона (1687), биологи - на «Происхождение видов путём естественного отбора» (1859). У химиков таким определяющим трудом является статья Д. И. Менделеева «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве», опубликованная в 1869 году, то есть 150 лет тому назад. Соответственно 2019 год провозглашен Генеральной ассамблеей ООН международным годом Периодического закона. До Менделеева и другие химики пытались составить таблицу химических элементов, однако в отличие от своих предшественников Менделеев сумел обосновать её как общий закон природы. С середины 1880-х годов Периодический закон окончательно признан как одно из теоретических оснований химии. Позже было показано, что периодический закон универсален для Вселенной, обеспечивая взаимную связь всех её атомов.
Периодическая система элементов наглядно выражает периодические изменения «свойств химических элементов по мере увеличения зарядов ядер их атомов» [2, с. 432] на основе выделения периодов и групп этих элементов. «Новое развитие периодическая система элементов получила после открытия радиоактивности (1896), изотопии (Ф. Содди, 1913) и Мозли закона (1913)» [1, с. 580], породивших десятки новых научных направлений. Так закон Мозли о линейной зависимости частоты рентгеновского излучения атома и его атомного номера стал одним из оснований современного естествознания.
Согласно истории химии, число известных химических элементов из века в век росло. « К 1830 г. было открыто пятьдесят пять различных элементов» [3, с. 92]. В 1860 г. в г. Карлсруэ
в Германии состоялся первый международный химический Конгресс, где «в вопрос об атомных весах была внесена ясность» [3, с. 94-95]. Менделеев присутствовал на этом конгрессе.
Вернувшись в Россию, «он обратил внимание на периодичность изменения валентности у элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов» [3, с. 99]. Менделеев настолько был уверен в своей правоте, что пришел к заключению о существовании неизвестных тогда элементов (оставив для них пустые клетки) и подробно описал их свойства, что было скептически воспринято частью химиков. Но вскоре его предсказание блестяще подтвердилось с различных сторон.
Общенаучное и философское обобщение основных свойств периодической системы
В рассматриваемой системе сошлись универсальные характеристики окружающего мира, поскольку они непосредственно им фундированы. Понятия «элемент», «структура», «система», «функция» приобретают здесь общемировое значение. Рассматриваемые элементы - это кирпичики мироздания для молекул и всех тех структур, которые формируются на их основе, что позволило объяснить свойства основных химических элементов, структур и систем, а также элементарных частиц. Известно, что среди частиц вещества только электроны и протоны могут существовать длительные промежутки времени, время существования остальных очень недолгое (самый «долгоживущий» нейтрон - семнадцать минут).
Системность как неотъемлемое свойство материи фиксирует тот факт, что организованность мира преобладает над его хаотичностью. Наличие Периодической системы - важнейшее подтверждение системного устройства мира, однако столь ясную и универсальную систему удалось сопоставить атомному уровню устройства мира. Попытки найти подобные системы для других уровней мира успехом не увенчались. Например, не удалось заключить все элементарные частицы, число которых к настоящему времени превысило 350, в аналогичную систему. Дело в том, что большая часть таких частиц (все мезоны и барионы) представляют собой составные образования. Для частиц, претендующих на роль первичных элементов материи в настоящее время используется термин «истинно элементарные частицы» [4, с. 596). Однако и для них ничего похожего на Периодическую систему элементов к настоящему времени не обнаружено.
Предсказательные свойства периодической системы
Хрестоматийными стали яркие, поразившие современников предсказания самого Д.И. Менделеева, обосновавшего необходимость существования экабора (скандия), экаалю-миния (галлия), экакремния (германия), а также двимарганца (технеций), двителлура (полоний), эканода (астат), акацезия (франций). Предсказания свойств элементов легли в основания целой отрасли современных наук. «.. .наиболее важное применение периодической системы заключается в том, что с её помощью можно согласовать между собой и обобщить множество фактических данных описательной химии» [5, с. 106].
Периодический закон Д.И. Менделеева позволил распространить ключевые идеи связанной с ним системы элементов на смежные области знания и исследование трансурановых элементов.
Смежными областями знания для распространения ключевых идей периодической системы следует прежде всего назвать физику и науки о живом. Относительно этих сфер химия занимает центральное место. Физика позволила наиболее глубоко развить основные идеи периодического закона (теорию валентности, химической связи и многое другое). С другой стороны, последний послужил толчком для развития новых направлений физики, включая квантовую механику и её приложения. Были раскрыты физический смысл порядкового номера элемента, создана квантово-механическая модель периодического изменения электронного строения атомов по мере возрастания их заряда. Периодическая система также оказала некоторое влияние на систематику в науках о живом. Последняя зародилась раньше, но её корректировка вобрала в себя и идеи периодического закона.
Философские и научные аспекты исследования трансурановых элементов
Важнейшим направлением современной науки, индуцированным периодической системой элементов, является область трансурановых элементов «...с атомными номерами Ъ большими 92, расположенные в периодической системе элементов вслед за ураном» [4, с. 158]. Наличие трансурановых элементов подтверждает фундаментальный закон периодичности химических свойств Д.И. Менделеева, в частности то обстоятельство, что элементы с порядковыми номерами от 93 до 103 относятся к группе актиноидов, близких по своим химическим свойствам лантаноидам, то есть редкоземельным элементам.
Аналогия свойств элементов проявляется также при анализе магических ядер, то есть атомных ядер, в которых число протонов Ъ или число нейтронов N равно одному из магических чисел (2, 8, 20, 50, 82 и 126). «Магические ядра отличаются среди других ядер повышенной устойчивостью, большей распространенностью в природе и другими особенностями. Ядра с магическими N и Ъ называются дважды магическими» [2, с, 628].
Ядро свинца является наиболее тяжелым, дважды магическим. «Вслед за 208РЬ, согласно предсказаниям теории, двойная магичность возникает у ядра с Ъ = 110-114 и N = 184, вокруг которого может существовать обширная область так называемых сверхтяжелых элементов» [4, с. 159].
Заключение
Некоторые факты из биографии ученых позволяют лучше понять путь к великим открытиям, максимально широкие информационный и творческий горизонты их создателей. Известно, что когда И. Ньютон создавал классическую механику, он одновременно увлекался алхимией. Широта научного горизонта присуща и Менделееву. В статье «Попытка химического понимания мирового эфира», написанной задолго до эксперимента Майкельсона-Морли, Менделеев с помощью эфира очень просто показал по какому алгоритму образуются все химические элементы и как образовалась его таблица. Также с помощью представлений о существовании эфира он выдвинул гипотезу о неорганическом происхождении углеводородов.
Периодический закон химических элементов - яркий пример феноменологической теории, блестяще подтвержденный в конце XIX столетия, фундаментальный закон мироздания, основание современного естествознания и науки в целом. Задолго до открытия электрона таблица Менделеева предполагала существование субатомной структуры и предвидела математический аппарат, лежащий в основе правил управления атомами, которые в будущем проявили себя в квантовой теории.
Исследованию периодического закона посвящен широкий круг исследований отечественных и зарубежных авторов. Значительный вклад в эти исследования был внесен Б.М. Кедровым и его учениками [6, 7].
Литература
1. Физическая энциклопедия в 5 тт / Гл. ред. А.М. Прохоров Т. 3. - М.: Большая Российская энциклопедия. - 1992. - 672 с.
2. Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1983. - 792 с.
3. Азимов А. Краткая история химии / Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 187 с.
4. Физическая энциклопедия в 5 т. / Гл. ред. А.М. Прохоров. Т. 5. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 760 с.
5. Слейбо У, Парсонс Т. Общая химия / Пер. с англ. - М.: Мир. - 551 с.
6. Кедров Б.М., Трифонов Д.Н. Закон периодичности и химические элементы. - М.: Наука, 1969. -194 с.
7. Кедров Б.М. День одного великого открытия. Об открытии Д.И. Менделеевым. Второе издание. -М.: URRS, 2001. - 640 с.
References
1. 1. Fizicheskaja jenciklopedija v 5 tt / Gl. red. A.M. Prohorov T. 3. - M.: Bol'shaja Rossijskaja jenciklopedija. - 1992. - 672 s.
2. Himicheskij jenciklopedicheskij slovar' / Gl. red. I.L. Knunjanc. - M.: Sovetskaja jenciklopedija, 1983. - 792 s.
3. Azimov A. Kratkaja istorija himii / Per. s angl. - M.: Mir, 1983. - 187 s.
4. Fizicheskajajenciklopedija v 5 t. / Gl. red. A.M. Prohorov. T. 5. - M.: Bol'shaja Rossijskajajenciklopedija, 1998. - 760 s.
5. Slejbo U., Parsons T. Obshhaja himija / Per. s angl. - M.: Mir. - 551 s.
6. Kedrov B.M., Trifonov D.N. Zakon periodichnosti i himicheskie jelementy. - M.: Nauka, 1969. - 194 s.
7. Kedrov B.M. Den' odnogo velikogo otkrytija. Ob otkrytii D.I. Mendeleevym. Vtoroe izdanie. - M.: URRS, 2001. - 640 c.
