Das Problem der "Null" in den Werken von Mendeleev

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

… Je mehr ich über die Natur chemischer Elemente nachdenken musste, desto mehr wich ich sowohl vom klassischen Begriff der Primärmaterie ab, als auch von der Hoffnung, durch das Studium der elektrischen und Lichtphänomene das gewünschte Verständnis der Natur der Elemente zu erlangen, und jedes Mal dringlicher und deutlicher wurde mir klar, dass es früher oder zuerst notwendig ist, sich eine realere Vorstellung von der "Masse" und vom "Äther" zu machen als jetzt.

D. I. Mendelejew

Im Januar 1904 veröffentlichte das Petersburger Flugblatt Nr. 5 anlässlich des 70. Geburtstags von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew ein Interview mit ihm. Auf die Frage, welche wissenschaftlichen Forschungen er derzeit betreibt, antwortet der Wissenschaftler: "Sie zielen ausschließlich darauf ab, die von mir im vergangenen Jahr aufgestellte Theorie bzw. Versuche eines chemischen Verständnisses des Weltäthers zu bestätigen."

Was ist diese Theorie, über die wir so wenig wissen?

DI Mendeleev beendete seinen Artikel "An Attempt at a Chemical Understanding of the World Ether" im Oktober 1902 und veröffentlichte ihn im Januar 1903 in Nr. 1-4 des "Bulletin and Library of Self-Education". Im Mai 1904 kündigte er in einem Brief an den berühmten Astronomen Simon Newcomb an, in naher Zukunft einen Artikel "über moderne Ideen über die Komplexität chemischer Elemente und über Elektronen …" zu schreiben.

Porträt von D. I. Mendeleev von I. N. Kramskoy. Das Jahr ist 1878. Die Idee des "chemischen" Äthers, der laut DI Mendelejew eng mit dem Periodensystem der Elemente verwandt ist, pflegte der Wissenschaftler seit den 1870er Jahren.

Über die Komplexität chemischer Elemente und über Elektronen – das ist für den modernen Leser verständlich, aber der Weltäther? Inzwischen wissen sogar Schulkinder, dass diese Idee von der Wissenschaft aufgegeben wurde. Daher wird wahrscheinlich eines der letzten Werke Mendelejews sehr selten kommentiert, praktisch nirgendwo erwähnt, und es ist im Allgemeinen schwierig, es zu finden. In vielen wissenschaftlichen und pädagogischen Bibliotheken fehlt in den mehrbändigen "Werken" von DI Mendelejew der Band 2, der das Kapitel "Versuch eines chemischen Verständnisses des Weltäthers" enthält. Manchmal hat man sogar den Eindruck, dass sie irgendwie verschämt versuchen, dieses "kuriose" Werk aus dem Erbe des Wissenschaftlers zu streichen. Es scheint, dass viele herablassend denken, dass der große Mendelejew im Alter seine Kompetenz überschritten haben könnte.

Aber lassen Sie uns keine voreiligen Schlüsse ziehen. DI Mendeleev pflegte diese "peinliche" Theorie fast sein ganzes kreatives Leben lang. Zwei Jahre nach der Entdeckung des Periodensystems (Mendelejew war noch nicht 40 Jahre alt) wurde auf einem Abdruck aus den "Grundlagen der Chemie" von seiner Hand neben dem Wasserstoffsymbol eine Inschrift angebracht, die wie folgt entziffert werden kann: " Äther ist der leichteste von allen, millionenfach." Offenbar schien Mendelejew "Äther" das leichteste chemische Element zu sein.

„Seit den 70er Jahren beschäftigt mich die Frage hartnäckig: Was ist Äther im chemischen Sinne? Es ist eng mit dem Periodensystem der Elemente verbunden und war in mir davon begeistert, aber erst jetzt wage ich es, darüber zu sprechen.“

Also das chemische Element des Äthers – das Element des Äthers – die Atomizität des Äthers – die Diskretion des Äthers. Dies ist nicht der Äther, den die moderne Physik als unnötige Krücke verworfen hat. Öffnen wir das Wörterbuch:

"Äther (griechischer Aither - ein hypothetisches materielles Medium, das den Raum füllt) … In der klassischen Physik wurde Äther als homogenes, mechanisches, elastisches Medium verstanden, das den absoluten Newtonschen Raum füllt" (Philosophical Dictionary / Ed. M. M. Rosenthal. - M., 1975).

In der klassischen Definition von Äther liegt der Schwerpunkt auf Homogenität oder Kontinuität. Der Äther, von dem Mendelejew spricht, besteht aus Elementen, er ist atomar, er ist inhomogen, er ist diskontinuierlich und diskret. Es hat eine Struktur.

Dmitri Iwanowitschs Interesse am Ätherproblem in den 1870er Jahren hängt eng mit dem Periodensystem („dies war es, das mich in mir erregte“) und den darauffolgenden Arbeiten zur Erforschung von Gasen zusammen. „Zuerst glaubte ich auch, dass Äther die Summe der am stärksten verdünnten Gase im Grenzzustand ist. Die Versuche wurden von mir bei niedrigen Drücken durchgeführt - um Hinweise auf eine Antwort zu bekommen."

Doch diese Arbeiten befriedigten ihn nicht: „… die Vorstellung vom Weltäther als ultimative Verdünnung von Dämpfen und Gasen hält nicht einmal den ersten Gedankengängen stand – weil der Äther nicht anders vorstellbar ist als als Substanz, die alles und überall durchdringt; Dies ist nicht typisch für Dämpfe und Gase“.

Die detaillierte Entwicklung des "chemischen Begriffs des Weltäthers" begann mit der Entdeckung der Edelgase. DI Mendeleev sagte viele neue Elemente voraus, aber Inertgase waren selbst für ihn unerwartet. Er akzeptierte diese Entdeckung nicht sofort, nicht ohne inneren Kampf, und widersprach den meisten Chemikern über die Lage von Edelgasen im Periodensystem. Wo sollen sie sich befinden? Moderne Chemiker werden ohne zu zögern sagen: natürlich in der VIII. Gruppe. Und Mendelejew bestand kategorisch auf der Existenz der Nullgruppe. Inerte Gase unterscheiden sich so stark von anderen Elementen, dass sie irgendwo an der Seite des Systems Platz hatten. Es schien, was für ein Unterschied, am rechten (VIII-Gruppe) oder linken (Null-Gruppe) Rand werden sie sein. Es erscheint uns völlig prinzipienlos, besonders für die Zeiten, in denen man die elektronische Struktur der Atome nicht kannte, obwohl wir uns auch jetzt nur vormachen, dass wir es wissen. Mendelejew dachte anders. Inerte Gase rechts zu setzen bedeutet, eine ganze Reihe von Hohlräumen zwischen Wasserstoff und Helium zu bekommen. Es war eine Herausforderung, zwischen Wasserstoff und Helium nach neuen Elementen zu suchen! Vielleicht gibt es ein Halogen, das leichter ist als Fluor (Mendelejew gab die Wahrscheinlichkeit der Existenz eines solchen Halogens zu, vorausgesetzt, Helium gehört wirklich zur Gruppe VIII) oder andere leichte Elemente zwischen Wasserstoff und Helium? Sie sind nicht da, also ist der Platz der Inertgase links, in der Nullgruppe! Darüber hinaus ist ihre Wertigkeit eher null als VIII. Und das quantitative Verhältnis der Atomgewichte zeigt eindeutig die Position der Inertgase links am Anfang jeder Reihe an.

„Diese Position der Argon-Analoga in der Nullgruppe ist eine streng logische Konsequenz aus dem Verständnis des periodischen Gesetzes“, stellte DI Mendeleev fest.

Auf Anregung von William Ramsay nimmt Mendelejew die Nullgruppe in das Periodensystem auf und lässt Raum für Elemente, die leichter als Wasserstoff sind.

Es wird klar, warum Dmitry Ivanovich auf der Existenz der Nullgruppe bestand, seine Erwähnungen eines hypothetischen Halogens, das leichter als Fluor ist, sind verständlich; daher ist seine Suche nach einem leichteren Element als Wasserstoff sogar verständlich, über dessen Existenz er schon lange nachgedacht hatte: "Mir ist nie in den Sinn gekommen, dass einige Elemente mit Wasserstoff beginnen sollten." "Wasserstoff seiner seit langem eingenommenen Ausgangsposition zu nehmen und ihn auf Elemente warten zu lassen, die noch weniger als das Gewicht von Wasserstoff haben, dem Gewicht eines Atoms, an das ich immer geglaubt habe" - das sind die innersten Gedanken des Wissenschaftlers, die er bis zur endgültigen Verabschiedung des Periodengesetzes versteckte, wird nicht genehmigt. „Ich dachte, dass man früher als Wasserstoff Elemente mit einem Atomgewicht von weniger als 1 erwarten könnte, aber ich wagte es nicht, mich in diesem Sinne auszudrücken, wegen der Wahrsagerei der Annahme und vor allem, weil ich darauf achtete, es nicht zu tun den Eindruck des vorgeschlagenen neuen Systems verderben, wenn sein Erscheinen von Annahmen wie über die leichtesten Elemente als Wasserstoff begleitet wird.“

Gerade in dem von ihm verteidigten System mit einer Nullgruppe, das erstmals 1900 von dem belgischen Wissenschaftler Leo Herrera auf einer Tagung der belgischen Königlichen Akademie der Wissenschaften (Academie royale de Belgique) vorgeschlagen wurde, scheint Wasserstoff nicht der erste zu sein, da vor ihm unweigerlich freier Platz für ein ultraleichtes Element erscheint - vielleicht ist dies das "Ätherelement"?

„Als es nun nicht den geringsten Zweifel zu geben begann, dass es vor der Gruppe I, in die Wasserstoff eingeordnet werden sollte, eine Nullgruppe gibt, deren Vertreter Atomgewichte haben, die niedriger sind als die der Elemente der Gruppe I, scheint es mir unmöglich die Existenz von Elementen zu leugnen, die leichter als Wasserstoff sind “, schrieb Dmitry Ivanovich.

In dem von ihm entdeckten Gesetz versucht Mendelejew aus physikalischer Sicht die Natur der Masse als Hauptmerkmal der Materie zu verstehen. Auf der Suche nach den physikalischen Grundlagen der Gravitation (wie viel Mühe und Zeit er diesem Problem gewidmet hat, wissen wir auch wenig), die eng mit dem Konzept des Weltäthers als „übertragendem“Medium verbunden ist, sucht er nach dem leichtesten Element. Die Ergebnisse der Experimente der 1870er Jahre, die darauf hinausliefen, zu beweisen, dass "Äther die Summe der seltensten Gase ist", konnten Mendelejew jedoch nicht zufriedenstellen. Für einige Zeit stellte er die Forschung in diese Richtung ein, schrieb nirgendwo, vergaß sie aber anscheinend nie.

Am Ende seines Lebens, auf der Suche nach Antworten auf Fragen nach den Tiefeneigenschaften der Materie, wendet er sich wieder dem "Weltäther" zu, mit dessen Hilfe er versucht, in das Wesen des naturwissenschaftlichen Grundbegriffs einzudringen des 19. Jahrhunderts (und sogar des 20. und sogar des 21. Jahrhunderts) - Massen, sowie um Erklärungen für neue Entdeckungen und vor allem Radioaktivität zu geben. Die Grundidee von Mendeleev ist wie folgt: „Ein wirkliches Verständnis des Äthers kann nicht erreicht werden, indem man seine Chemie ignoriert und ihn nicht als elementaren Stoff betrachtet; Elementarsubstanzen sind heute ohne die Unterordnung ihrer periodischen Legitimität undenkbar.“Mendelejew beschreibt den Weltäther als „erstens das leichteste aller Elemente, sowohl in der Dichte als auch im Atomgewicht, zweitens das sich am schnellsten bewegende Gas und drittens das am wenigsten in der Lage, sich mit anderen Atomen oder Teilchen von bestimmter Stärke zu bilden“. Verbindungen und viertens ein überall verbreitetes und alles durchdringendes Element."

Das Gewicht eines Atoms dieses hypothetischen Elements X kann nach Mendelejews Berechnungen von 5,3 × 10^-11 bis zu 9,6 × 10^-7 (wenn das Atomgewicht von H 1 ist). Um die Masse eines hypothetischen Elements abzuschätzen, greift er auf Erkenntnisse aus der Mechanik und Astronomie zurück. Element X erhielt seinen Platz im Periodensystem in der Nullperiode der Nullgruppe als leichtestes Analogon von Inertgasen. (Mendelejew nennt dieses Element "Newtonium".) Darüber hinaus gab Dmitry Ivanovich die Existenz eines anderen Elements zu, das leichter als Wasserstoff ist - das Element Y, Coronium (vermutlich wurden die Linien des Coroniums im Spektrum der Sonnenkorona während der Sonnenfinsternis des Sonne im Jahr 1869; die Entdeckung von Helium auf der Erde lieferte die Grundlage, die Existenz dieses Elements als real zu betrachten). Gleichzeitig betonte Mendelejew wiederholt den hypothetischen Charakter der Elemente X und Y und nahm sie nicht in die Elementtabellen der 7. und 8. Auflage der Grundlagen der Chemie auf.

Wissenschaftliche Genauigkeit und Verantwortung in Mendelejews Werken bedürfen keiner Kommentare. Aber wie wir sehen können, hat er, wenn die Logik der Suche es erforderte, kühn die ungewöhnlichsten Hypothesen aufgestellt. Alle von ihm auf der Grundlage des Periodengesetzes gemachten Vorhersagen (die Existenz von 12 damals unbekannten Elementen sowie die Korrektur der Atommassen der Elemente) wurden glänzend bestätigt.

„Als ich das Periodengesetz auf die Analoga von Bor, Aluminium und Silizium anwandte, war ich 33 Jahre jünger und war mir vollkommen sicher, dass das Vorgesehene früher oder später durchaus gerechtfertigt sein muss, denn für mich war alles klar zu erkennen. Die Entschuldigung kam früher, als ich hoffen konnte. Damals habe ich es nicht riskiert, jetzt riskiere ich es. Es braucht Entschlossenheit. Es kam, als ich radioaktive Phänomene sah … und als mir klar wurde, dass es für mich nicht mehr möglich war, aufzuschieben und dass meine unvollkommenen Gedanken vielleicht jemanden auf einen richtigen Weg führen würden als den möglichen, der meiner schwächenden Sehkraft scheint.

Ist dies also der erste große Fehler, vielleicht sogar eine tiefe Täuschung eines großen Wissenschaftlers, wie viele jetzt glauben, oder nur ein bedauerliches Missverständnis des Genies seiner handlungsunfähigen Studenten?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts glaubten nicht nur Mendelejew, sondern auch viele Physiker und Chemiker an die Existenz des "Äthers". Nach der Schaffung der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein begann dieser Glaube jedoch zu verblassen. Es ist allgemein anerkannt, dass in den 1930er Jahren das Problem des "Äthers" nicht mehr existierte und die Frage nach den Elementen leichter als Wasserstoff von selbst verschwand. Aber auch hier ist das Problem des klassischen Äthers, des homogenen Äthers, verschwunden, aber der strukturelle Äther (Mendelejews Äther) ist ziemlich lebendig, nur wird er jetzt das strukturelle Vakuum oder das physikalische Vakuum von Dirac genannt. Die Frage ist also nur in der Terminologie.

Kommen wir zurück zu den Elementen, die leichter als Wasserstoff sind. Jeder Chemiker kennt homologe Reihen und wie sich ihre ersten Mitglieder verhalten, insbesondere die ersten. Der erste ist immer besonders. Er hebt sich immer stark von der allgemeinen Reihe ab. Wasserstoff wird in beiden Gruppen I und VII platziert (er ist gleichzeitig sowohl Alkalimetallen als auch Halogenen etwas ähnlich). Wasserstoff ist also nicht wie der erste … Auf der Suche nach den realen Elementen der Nullperiode befinden wir uns in einer völlig anderen Welt, und es scheint, dass dies die Welt der Elementarteilchen ist.

Das Verständnis der Chemie als Wissenschaft des qualitativen Wandels manifestiert sich nach Ansicht vieler Forscher am deutlichsten im Periodensystem, und ganz am Anfang des Systems ist es einfach blendend hell. „Die in der Natur am häufigsten vorkommenden einfachen Körper haben ein geringes Atomgewicht, und alle Elemente mit einem geringen Atomgewicht zeichnen sich durch scharfe Eigenschaften aus. Daher sind sie typische Elemente“, und wenn man sich dem „Nullpunkt“nähert, sollten phantastische „scharfe“„qualitative Sprünge“auftreten, die sich aus ihrer Einzigartigkeit ergeben, denn“… hier ist nicht nur der Rand des Systems, sondern auch typische Elemente, und daher können wir Originalität und Besonderheiten erwarten."

Wir sprechen oft über die grundlegende Natur des periodischen Gesetzes, aber es scheint, dass wir dies nicht wirklich verstehen. Wiederholen wir Mendelejew: "Das Wesen der Begriffe, die das periodische Gesetz verursachen, liegt im allgemeinen physikalisch-chemischen Prinzip der Entsprechung, Umformbarkeit und Äquivalenz der Naturkräfte."

Der Eintrag von DI Mendelejews Hand auf der Seite mit dem Periodensystem von 1871 in seinem Lehrbuch "Grundlagen der Chemie" von 1871, gespeichert im Archiv des Wissenschaftlers: "Äther ist der leichteste von allen, eine Million Mal."

Abschließend möchte ich die Worte von Dmitry Ivanovich zitieren:

„Ich betrachte meinen bei weitem nicht vollständigen Versuch, das Wesen des Weltäthers von einem wirklich chemischen Standpunkt aus zu verstehen, nur ein Ausdruck der Summe der in mir angesammelten Eindrücke, die nur aus dem Grund entkommen, den ich nicht will.“die von der Realität inspirierten Gedanken verschwinden. Wahrscheinlich sind vielen ähnliche Gedanken gekommen, aber bis sie ausgesprochen werden, verschwinden sie leicht und oft und entwickeln sich nicht, bringen keine allmähliche Anhäufung von Gewissheit mit sich, die allein bleibt. Wenn sie wenigstens einen Teil der Naturwahrheit enthalten, die wir alle suchen, ist mein Versuch nicht umsonst, er wird ausgearbeitet, ergänzt und korrigiert, und wenn mein Gedanke in seinen Grundlagen, seiner Darstellung falsch ist, nach eins oder eine andere Art der Widerlegung, wird andere daran hindern, sich zu wiederholen. Ich kenne keinen anderen Weg für eine langsame, aber stetige Vorwärtsbewegung."

PHYSIKALISCHES VAKUUM - aus heutiger Sicht der Grundzustand von quantisierten Feldern, eine Art Medium ohne elektrische Ladung, Impuls, Drehimpuls und andere Quantenzahlen. Die Felder haben eine minimale Energie, unterliegen aber Schwankungen mit großer Amplitude. Das Aufkommen von Quantenideen führte zur Schaffung eines universellen Bildes einer einzigen Struktur der Materie. Statt Felder und Teilchen der klassischen Physik betrachten sie nun einzelne physikalische Objekte – Quantenfelder in der vierdimensionalen Raumzeit, eines für jedes „klassische“Feld (elektrisch, magnetisch etc.) und für jede Art von Teilchen. Das Dirac-Vakuum ist beispielsweise ein Feld von Teilchen mit Spin ½ (Elektronen, Positronen, Myonen, Quarks usw.). Jede einzelne Wechselwirkung von Teilchen oder Feldern ist das Ergebnis des Austauschs von Quanten dieser Felder zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Raumzeit. Aus gewisser Sicht manifestiert das physikalische Vakuum die Eigenschaften der materiellen Umgebung, was Anlass gibt, es als "modernen Äther" zu betrachten.

D. Mendelejew. Versuch eines chemischen Verständnisses des Äthers. 1905.pdf Grundlagen der Chemie. Teil eins. 1949. Mendeleev D. I. djvu Grundlagen der Chemie. Zweiter Teil. 1949. Mendeleev D. I.djvu Artikel zum Thema:

Leben und Entwicklung von D. I. Mendeleev - unbekannte Fakten

Wer und warum hat den Äther aus dem Periodensystem versteckt? Eine der Meinungen

Mendelejew: Kämpfer gegen Öl-Oligarchen und Anhänger der Äther-Theorie