Переодическая система химических элементов. Генетический аспект - Горох А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Вопрос о том, где должен стоять водород, обсуждался многими исследователями [15, 24, 40, 43], но окончательно так и не был решен. Одни авторы, называя водород первым в естественном ряду элементов, ставят его в первую группу, в сообщество щелочных металлов. Другие рассматривают водород как аналог галоидов и помещают его в седьмую группу. По мнению третьих, водород является совершенно необычным химическим элементом и не имеет смысла говорить о каком-то определенном его месте в таблице Менделеева, а следует оттенять лишь те его качества, которые указывают на его определенную общность с нормальными элементами - галоидами и щелочными металлами. Иногда водород, как "первоматерию" всех элементов ставят в середину таблицы над всеми элементами, или помещают его в одну группу с триадами элементов Fe-Co-Ni, Ru-Rh-Pd, Os-Jr-Pt [43].
Из приведенного перечня мнений видно, что хотя они разноречивы, но все они подчеркивают одно - водород необычный элемент. А эта необычность заключается в его способности проявлять прямо противоположные свойства - от металлических до неметаллических. В водороде, занимающем последнюю ступень нисходящей, периодически сужающейся лестницы всего сообщества химических элементов, как бы запечатлен весь спектр их свойств, и это объяснимо, поскольку состоит атом водорода только из протона и электрона, а именно их взаимодействие определяет химизм любого из элементов.
Принцип расстановки элементов в порядке снижения энергии связи электронов с ядром в определенной степени решает и вопрос о границах периодической системы.
В литературе условились называть начало таблицы Менделеева нижней границей, а ее конец - верхней [40]. Если в традиционное изображение периодической системы не закладывать ничего другого, кроме табличной систематики элементов в порядке возрастания заряда ядра, то нелогично верх таблицы называть нижней границей, а низ - верхней. Если же в систематику заложить смысл последовательности появления электронного окружения у атомов, то естественным и логичным становятся понятия верха (со стороны заурановых, точнее предурановых элементов) и низа (со стороны водорода) периодической системы. При этом особенности энергетики электронов в атомах гипотетических элементов с Z > 125, отмеченные выше, дают основание не далее чем в окрестность
50
именно этих значений Z отодвигать верхнюю границу периодической системы.
Завершая рассмотрение естественного ряда химических элементов с позиций энергетической последовательности формирования их атомов, хотелось бы коснуться еще одной проблемы, а именно, проблемы различной длины периодов таблицы Менделеева.
Зоммерфельд в одной из своих работ писал, что проблема периодической системы будет решена лишь тогда, когда удастся объяснить не только границу всей системы, но также и длину определенных периодов. Вопрос о границах системы, как сказано выше, в настоящее время близок к решению и пределы естественного ряда элементов можно достаточно аргументировано ограничить числом 1 25. Что касается природы различной длины отдельных периодов, то объяснения этому пока не найдено. Однако и к решению этой проблемы, на наш взгляд, можно подойти используя результаты, полученные в настоящей работе. Рассмотрим один из возможных путей этого решения.
В начале 80-х годов минувшего столетия астрофизиками Крымской обсерватории было открыто явление периодической пульсации Солнца [44]. Выступая на собрании Академии наук СССР один из авторов открытия, известный астрофизик, академик А. Б. Северный, говоря о его сущности, попутно заметил, что анализ результатов многолетних астрофизических наблюдений дает основание заключить, что химические элементы в звездных объектах образуются не индивидуализированно, а какими-то комплексами, которые со временем распадаются на отдельные элементы. Это послужило нам поводом предположить, что подобными комплексами могли быть образования, которые впоследствии трансформировались в сообщества, составляющие целые периоды. Иными словами, на разных этапах энергетической эволюции высокотемпературной протоматерии могли формироваться близкие по спектру свойств, но разные по "элементной" емкости и по энергии межчастичного взаимодействия комплексы, которые впоследствии распадались, подобно распаду твердых растворов на составные части.
Косвенным аргументом в пользу такого предположения можно считать то, что периоды, как подчеркивалось выше, независимо от числа входящих в них элементов, характеризуются одинаковым спектром свойств - от инертных до щелочных.
Сознавая, что высказанное предположение нуждается в дополнительной, более строгой аргументации мы решили проанализировать, не обладают ли различные периоды, наряду с одинаковым спектром химических свойств, какими-либо общими физическими характеристиками. Ниже излагается результат этого анализа.
51
Одной из важных энергетических характеристик звездных объектов, где зарождаются и формируются атомы химических элементов, является, как известно, плотность энергии [1 9]. По этому параметру, точнее по удельной, приходящейся на единицу атомной массы, плотности энергии связи электронов в атомах мы и решили сопоставить все периоды. С этой целью в каждом из периодов была просуммирована энергия связи всех электронов во всех атомах и отнесена к суммарному объему, а затем к суммарной атомной массе. Суммарная энергия вычислялась суммированием всех значений - E1-, найденных по соотношению (6). Суммарный объем определялся суммированием объемов атомов, вычисленных через атомные радиусы, найденные по соотношению (9). Суммарная масса атомов находилась суммированием соответствующих атомных весов. В итоге было получено следующее выражение для определения удельной плотности энергии связи электронов в атомах для каждого периода:
