Профессор жжет
ПОДОБИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
© В.А.Эткин
Д.т.н., проф.
Показывается, что учет параметра пространственной неоднородности валентной оболочки
непосредственно приводит к периодической зависимости свойств химических элементов от её структуры. Предложено математическое выражение и графическое изображение этой зависимости и предсказано её существование в группе лантаноидов и актиноидов.
_______________________
Введение. Прошло чуть больше полутора столетий с тех пор, когда Менделеев сообщил о своем периодическом законе научному сообществу [1]. Однако несмотря на долгую историю поисков исчерпывающего её обоснования, физические основания этой системы остаются большой загадкой для науки. Это в особенности относится к так называемой короткопериодной таблице элементов, которую Д.И. Менделеев опубликовал через два года после открытия периодического закона и до конца жизни считал наиболее совершенной формой отображения этого закона. Именно такую таблицу он использовал для предсказания свойств неоткрытых элементов, именно она увековечена на стене менделеевского мемориала в С-Петербурге. Эта “короткая” периодичность оказалась едва ли не единственным крупным обобщением в химии и физике, перед которым квантовая механика ХХ века отступила, не найдя ей объяснения [2]. Поскольку же электронные или иные структуры, определяющие существование “коротких” периодов, десятки лет остаются невыявленными, само существование “короткой” периодичности ставится в настоящее время под сомнение. Так, Международный союз чистой и прикладной химии (ИЮПАК) в 1989 году официально рекомендовал отказаться от “коротких” периодов. В результате практически везде, кроме России и стран СНГ предпочтение отдано длиннопериодной таблице. Между тем и длиннопериодная схема заполнения оболочек (2, 8, 8, 18, 18, 32, 32) не отвечает требованиям квантовой механики, согласно которой эта схема должна подчиняться правилу 2n2 (где n - номер периода), т.е. представлять последовательность чисел 2, 8, 18, 32, 50. Природа наблюдаемого систематического “удвоения” оболочек и периодов до настоящего времени не выяснена [3,4].
Строго говоря, и периодическая система Менделеева также допускает исключения в зависимости свойств элементов от их атомной массы или от их атомных номеров, помещая группу переходных металлов
Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt с разным атомным номером в одну и ту же 8-ю группу, а еще более обширные группы лантаноидов и актиноидов - в одну и ту же клетку таблицы периодических свойств [4,5]. Это побуждает к дальнейшему поиску объяснения периодической системы, поскольку истинное знание - это знание причин, а не следствий.
Параметр неоднородности валентной оболочки. Изучение свойств таких структурированных систем, как совокупность атомов или их соединений, не может быть полным без учета пространственного распределения их экстенсивных и интенсивных свойств. В частности, изучение химических свойств элементов требует учета пространственной неоднородности распределения электронов в атомах химических элементов. Такую возможность предоставляет энергодинамика [6], которая предлагает специфические параметры пространственной неоднородности исследуемых систем - моменты распределения каких-либо её экстенсивных свойств
Zi (в данном случае - моменты распределения электронов в оболочке атома Zе). Представляет интерес показать, что именно эта неравномерность распределения электронов является причиной появления у атома периодически изменяющихся свойств электрического диполя, что проявляется и в энергии ионизации атома, его сродстве к электрону, способности объединяться с диполями других атомов (электроотрицательности), плотности упаковки электронных оболочек и т.д. С этой целью попытаемся хотя бы приближенно найти моменты распределения электронов в атоме Zе и выясним связь этого параметра с атомным номером элемента, лежащим в основе периодической системы элементов.
Представим себе атом как совокупность разноименных зарядов: положительных
Θе+, сосредоточенных в ядре атома, находящегося в точке пространства с радиусом-вектором rе+, и отрицательных Θе-, окружающих ядро в виде некоторого многослойного электронного облака1 с центром в точке с координатой rе.........
......в целом, можно заключить, что здесь мы сталкиваемся со вполне закономерным явлением, подтверждающим связь параметра пространственной неоднородности Ze со структурой и свойствами химических элементов. При этом принципиально важным представляется то обстоятельство, что приближение к химическому равновесию сопровождается упорядочиванием структуры электронной оболочки атомов, а не возрастанием “хаоса”.
Литература.
1. Менделеев Д. И., Периодический закон. Основные статьи, М., 1958.
2. Гордеев Г.П. Три проблемы теории периодической системы химических элементов и их общее решение. - Сетевой ресурс /http://www.element123.ru/3 (см также: Журнал общей химии, 42(1972); 46 (1976); 49 (1979)).
3. Кедров Б. М., Трифонов Д. Н., О современных проблемах периодической системы, М., 1974.
4. Сто лет периодического закона химических элементов. Сборник статей, М., 1969; 1971.
5. Spronsen J. W., van. The periodic system of chemical elements. A history of the first hundred years, Amst.- L.- N. Y., 1969.
6. Эткин В.А. Энергодинамика.- СПб., “Наука”, 2008.-409 с.
7. Эткин В.А. К основаниям периодической системы элементов. // Вестник Дома ученых Хайфы, 2008.-Т.
8. XV.- C.16-20. Periodic table of the elements. - VWR Scientific Products, 2000.
9. Pauling L. The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals. L.: Cornell Univ. press, 1939. 429 p.; 3rd ed., 1960. 644 p. Рус. пер.: Паулинг Л. Природа химической связи / Пер. с англ. под ред. Я.К.Сыркина. М.: Госхимиздат, 1947. 440 с.